DE69417559T2 - Drehgelenk zum transport von flüssigkeiten - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schwenkvorrichtung, die innere und äußere gegenseitig drehbare Schwenkelemente umfaßt, wobei die Schwenkelemente jeweilige innere Fluidwege umfassen, die miteinander durch einen oder mehrere verknüpfte ringförmige Räume an der Grenzfläche zwischen den Schwenkelementen kommunizieren, wobei die ringförmigen Räume voneinander mittels Dichtungsmitteln abgedichtet sind.
• Viele verschiedene Ausführungen von Schwenkstrukturen der oben genannten Art werden in der Industrie verwendet. In der Offshore-Industrie werden Schwenkvorrichtungen verwendet, beispielsweise um das Hindurchleiten von Kohlenwasserstoffen- (Öl und Gas) oder einem anderen Betriebsmedium durch Kopplungsteile zu erlauben, welche sich relativ zu einander drehen oder gedreht werden sollen, beispielsweise zwischen einem mit einer Ladeboje verbundenen Meeres-Steigrohr und einem Rohrsystem an einem Tankschiff, welches mit der Boje verbunden ist und unter Einwirkung von Wind, Wellen und Wasserströmungen um die Boje drehbar sein soll, siehe beispielsweise EP-A-0150591.
• In verschiedenen Anwendungsgebieten kann es allgemein von Interesse sein, Schwenkvorrichtungen zu verwenden, welche so konstruiert sind, daß die inneren und äußeren Schwenkelemente in einer einfachen Weise voneinander getrennt werden können, und bei welchen ein Schwenkelement später mit einem zusammenwirkenden Schwenkelement in einer anderen Schwenkvorrichtung der vorliegenden Art zur Erzeugung einer wirksamen Schwenkeinheit verbunden werden kann. Hier ist es von besonderer Bedeutung, daß die Schwenkelemente in einer einfachen, schnellen und sicheren Weise voneinander getrennt oder miteinander verbunden werden können, wobei gleichzeitig eine wirksame und sichere Abdichtung zwischen den Schwenkelementen erreicht wird.
• Dementsprechend besteht eine allgemeine Aufgabe der Erfindung darin, eine Schwenkvorrichtung zu schaffen, welche es ermöglicht, daß die Schwenkelemente in einer einfachen und schnellen Weise voneinander getrennt oder miteinander verbunden werden können, wobei gleichzeitig eine wirksame und sichere Abdichtung zwischen den ringförmigen Räumen der Schwenkelemente bei Verbindung erreicht wird.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schwenkvorrichtung zu schaffen, bei welchem zusammenwirkende Schwenkelemente trotz relativ großer Toleranzabweichungen oder Zentrierverschiebungen zwischen den Schwenkelementen und mit einer minimalen Gefahr der Beschädigung der Schwenkelemente in einer einfachen und schnellen Weise verbunden werden können.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schwenkvorrichtung zu schaffen, welche für ferngesteuerten Betrieb bei gegenseitigem Verbinden und Trennen der Schwenkelemente geeignet ist.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schwenkvorrichtung zu schaffen, welche die Möglichkeit einer einfachen Überwachung der Dichtungsmittel und deren Abdichtungsfunktion erlaubt.
• Zur Lösung der oben genannten Aufgaben ist eine Schwenkvorrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, bei welchem die Schwenkelemente als ein äußeres Einsteckelement bzw. ein inneres Steckerelement ausgebildet sind, so daß das Steckerelement axial in ein zusammenwirkendes Einsteckelement in eine operative Arbeitsposition eingeführt oder beim Trennen der Schwenkelemente aus dem Einsteckelement herausgezogen werden kann, wobei die Dichtungselemente zwischen den ringförmigen Räumen zu einer aktiven Abdichtungsfunktion in der genannten operativen Arbeitsposition aktivierbar und bei gegenseitigem Trennen der Schwenkelemente entlastbar sind.
• Eine vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Schwenkvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes der Schwenkelemente auf jeder Seite jedes der ringförmigen Räume mit einer am Umfang verlaufenden Ringnut versehen ist, welche ein radial bewegbares Ringelement aufnimmt, welches mit Dichtungsmitteln zum statischen Abdichten gegen das andere Schwenkelement und zum dynamischen Abdichten zwischen dem Ringelement und den Seitenwänden der am Umfang verlaufenden Ringnut versehen ist.
• Durch die besagte Ringelementstruktur wird erreicht, daß die Ringelemente des Schwenkteils sich zwischen den Schwenkelementen innerhalb relativ große Toleranzen selbst zentrieren. Dies wird dadurch erreicht, daß sich die Ringelemente in der Radialrichtung frei bewegen können und dadurch eventuelle Zentrierabweichungen oder Zentrierverschiebungen zwischen den Schwenkelementen ausgleichen können.
• Eine andere vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsmittel hydraulisch mittels einer Sperrflüssigkeit mit einem höheren Druck als dem Umgebungsdruck betätigbar sind.
• Durch Verwendung einer Sperrflüssigkeit mit einem höheren Druck als dem Umgebungsdruck wird ein kontrollierter Leckweg in Richtung von der Sperrflüssigkeit zu dem vorliegenden Betriebsmedium erreicht, d. h. von einem sauberen zu einem "schmutzigen" Medium. Die Sperrflüssigkeit kann vorzugsweise ein hydraulisches Öl sein, welches dann gleichzeitig eine Schmierwirkung hat, und die Dichtungsflächen können dadurch geschützt werden, daß sehr kleine Mengen von sauberer Sperrflüssigkeit in "den Arbeitsablauf" auslecken dürfen. Durch zeitliche Steuerung des Volumens und/oder des Drucks der Sperrflüssigkeit kann man also die Dichtungen des Schwenkteils kontinuierlich überwachen.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschreiben.
• Fig. 1 zeigt eine axiale Schnittansicht einer Ausführungsform einer Schwenkvorrichtung nach der Erfindung, in welcher die Schwenkelemente in miteinander verbundenem Zustand gezeigt sind.
• Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht entsprechend Fig. 1, wobei die Schwenkelemente jedoch in gegenseitigem getrennten Zustand sind.
• Fig. 3 zeigt ein vergrößertes Segment der Schwenkvorrichtung von Fig. 1-2, und zeigt eine Ausführungsform von bei der Schwenkvorrichtung verwendeten statischen und dynamischen Dichtungsmitteln.
• Fig. 4 zeigt eine Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform der statischen und dynamischen Dichtungsmitteln bei der Schwenkvorrichtung.
• Fig. 5 zeigt eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer Schwenkvorrichtung nach der Erfindung, bei welcher die Schwenkvorrichtung ein Teil eines Systems zur Offshore-Produktion von Kohlenwasserstoffen mittels eines Schiffs und einer untergetauchten Boje ist und mit einem Positionier- und Betätigungsmittel zum Verbinden bzw. Trennen der Schwenkelemente.
• Fig. 6 zeigt eine bruchstückartige Längsschnittansicht des Einsteckelements der Schwenkvorrichtung, welches in der Boje bei dem System nach Fig. 5 angebracht ist.
• Fig. 7 zeigt eine Längsschnittansicht eines Teils des Steckerelements bei der Ausführungsform nach Fig. 5.
• Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Schwenkvorrichtung ist insbesondere zur Verwendung auf einem Schiff zur Offshore-Produktion von Kohlenwasserstoffen vorgesehen, wobei das (nicht gezeigte) Schiff einen untergetauchten, nach unten offenen Aufnahmeraum zur Aufnahme einer untergetauchten Boje aufweist, welche am Meeresgrund verankert und mit einer Anzahl von Steigrohren verbunden ist, welche sich zwischen der Boje und z. B. einem Produktions-Bohrloch am Meeresgrund erstrecken. Die Schwenkvorrichtung dient hier zur Verbindung zwischen den Steigrohren und einem Rohrsystem auf dem Schiff, wobei die Kupplung gleichzeitig ein Drehen des Schiffs um die Boje unter dem Einfluß von Wind, Wellen und Wasserströmungen erlaubt, wie in der Einleitung erwähnt. Ein solches System ist in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung 94 921 126.2 (EP 0 706 471) näher beschrieben. Obwohl die Erfindung nachstehend in Verbindung mit diesem Anwendungsbereich beschrieben wird, ist es zu verstehen, daß die Erfindung auch in verschiedenen anderen Anwendungsbereichen verwendet werden kann.
• Die in Fig. 1-2 gezeigte Schwenkvorrichtung besteht aus einem äußeren Schwenkelement bzw. Einsteckelement 2 und einem inneren Schwenkelement bzw. Steckerelement 3, welches in das Einsteckelement 2 heruntergelassen bzw. von dem Einsteckelement 2 hochgehoben werden kann. In diesem Fall ist das Einsteckelement 2 zur dauerhaften Befestigung an dem Mittelteil einer (nicht gezeigten) untergetauchten Boje vorgesehen, während das Steckerelement 3 in geeigneter Weise in einer Führungshülse 4 vorgesehen ist, welche in geeigneter Weise an dem vorliegenden Schiff gehalten ist und welche eine Fluidverbindung zwischen der Schwenkvorrichtung und einem (nicht gezeigten) Rohrsystem auf dem Schiff bildet, wie in der oben genannten Patentanmeldung näher beschrieben.
• Wie gezeigt, trägt die Führungshülse 4 ein Gehäuse 5 zur Aufnahme eines oberen Teils des Steckerelements 3, wenn dieses in der hochgehobenen Position (Fig. 2) ist. Das Gehäuse 5 trägt ein Betätigungsmittel 6 zum Hochheben und Herunterlassen des Steckerelements 3. Das Betätigungsmittel 6 ist vorzugsweise ein hydraulisches Stellglied, beispielsweise ein Zylinder-Kolben-Mittel, wie gezeigt. Es wird klar, daß, wenn das Steckerelement 3 in das Einsteckelement 2 eingeführt werden soll, das Steckerelement dann in eine geeignete, bzgl. des Einsteckelements zentrierte bzw. koaxiale Position gebracht werden muß. Ein solches Zentner- bzw. Positioniermittel kann in der Praxis in vielen verschiedenen Weisen ausgeführt sein. Beispielsweise kann das Positioniermittel aus einem schwenkbar gelagerten Arm bestehen, wobei die gezeigte Führungshülse oder auch das Steckerelement selbst an einem Ende des Arms befestigt ist, wie in der oben genannten Patentanmeldung gezeigt und beschreiben und ebenfalls in Fig. 5 gezeigt.
• In miteinander verbundenen Zustand bilden die Schwenkelemente 2, 3 in einer bekannten Weise gemeinsame ringförmige Räume, welche mit zugehörigen Fluidwegen in den Schwenkelementen in Verbindung stehen. Die Anzahl der ringförmigen Räume und Fluidwege hängt von dem Bedarf in dem jeweils vorliegenden Fall ab. In dem dargestellten Beispiel sind drei ringförmige Räume 7, 8, 9 vorgesehen, welche mit jeweils einem von drei Fluidwegen 10, 11, 12 in dem Einsteckelement 2 und mit jeweils einem von drei Fluidwegen 13, 14, 15 in dem Steckerelement 3 in Verbindung stehen. In dem dargestellten Fall sind die ringförmigen Räume von in dem Einsteckelement 2 gebildeten, am Umfang verlaufenden Ringkanälen gebildet. Als andere Möglichkeit können sie jedoch in dem Steckerelement 3 gebildet sein, oder auch in beiden Elementen, beispielsweise um ringförmige Räume mit einem im wesentlichen runden Querschnitt zu bilden.
• In der dargestellten Ausführungsform ist das Steckerelement 3 an jeder Seite jedes der ringförmigen Räume mit einer am Umfang verlaufenden Ringnut 16 versehen, welche ein radial bewegbares Ringelement 17 aufnimmt. Als andere Möglichkeit können die Ringnute und die Ringelemente in dem Einsteckelement vorgesehen sein. Das Ringelement 17 ist mit Dichtungsmitteln 18, 19 versehen, welche für statisches Abdichten gegen das Einsteckelement bzw. für dynamisches Abdichten zwischen dem Ringelement 17 und den Seitenwänden der am Umfang verlaufenden Ringnut 16 vorgesehen sind. Diese Dichtungsmittel können im Betrieb zur Bildung einer Abdichtung zwischen den ringförmigen Räumen betätigt werden und im Falle von gegenseitigem Trennen der Schwenkelemente 2, 3 entlastet werden. Vorzugsweise sind die Dichtungsmittel hydraulisch mittels einer Sperrflüssigkeit mit einem höheren Druck als dem Umgebungsdruck betätigbar, d. h. dem Druck des Fluids, gegen welches abgedichtet werden soll. Die Sperrflüssigkeit wird durch einen geeigneten Versorgungskanal 20 zugeführt, welcher in dem Schwenkelement vorgesehen ist, welches mit den Ringnuten 16 versehen ist, d. h. in dem Steckerelement 3 in dem dargestellten Fall. Wie in Fig. 3 deutlicher gezeigt, mündet der Versorgungskanal 20 für die Sperrflüssigkeit in ein Puffervolumen, welches durch den Bodenbereich der Ringnut 16 und das zugehörige Ringelement 17 begrenzt ist und welches mit den Dichtungsmitteln 18, 19 des Ringelements in Verbindung steht. Wenn also die Dichtungsmittel aktiviert werden, ist das Steckerelement 3 bis auf die Ringelemente 17 drehbar bzgl. des Einsteckelements 2.
• Die Konstruktion und die Betriebsweise der Dichtungsmittel werden anhand von Fig. 3 näher beschrieben.
• Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, haben die Ringelemente 17 einen größeren äußeren Durchmesser als der Rest des inneren Schwenkelements 3, wobei der äußert Durchmesser des Ringelements im wesentlichen mit dem inneren Durchmesser des äußeren Schwenkelements 2 übereinstimmt. Durch diese Struktur der Ringelemente wird erreicht, daß die Ringelemente 17 sich in dem Einsteckelement innerhalb relativ großen Toleranzen selber zentrieren, z. B. ± 12 mm. Dies ist möglich, weil die Ringelemente in Radialrichtung frei beweglich sind und dadurch eventuelle Zentrierabweichungen oder Zentrierverschiebungen zwischen dem Einsteckelement und dem Steckerelement ausgleichen können.
• Wie oben erwähnt, ist das Steckerelement 3 in der dargestellten Ausführungsform gleitbeweglich in der Führungshülse 4 aufgenommen. Die Führungshülse ist an einem Kanalmittel 21 in Form von drei Rohren 22, 23, 24, welche in einer nicht weiter beschriebenen Weise mit dem besagten Rohrsystem auf dem Schiff verbunden sind. Die drei Rohre können Teile des oben genannten schwenkbaren Armmittels zur Einstellung und Betätigung des Steckerelements sein. Das Steckerelement enthält ein unteres Einführteil 25 und ein Oberteil 26, und das Oberteil befindet sich in der Führungshülse 4, wenn das Einführteil in dem Einsteckelement 2 eingeführt ist, wie aus Fig. 1 ersichtlich. In dieser Position definieren die Führungshülse 4 und das Oberteil 26 drei gemeinsame ringförmige Räume 27, 28, 29, welche mit jeweils einem der Fluidwege 13, 14, 15 des Steckerelements 3 und mit den besagten Rohren 22, 23, 24 in Verbindung stehen, wobei die Führungshülse 4 Durchgangslöcher zwischen den ringförmigen Räumen und den zugehörigen Rohren aufweist. Zwischen den ringförmigen Räumen ist das Oberteil 26 mit hydraulisch betätigten, statischen Dichtungsmitteln 30 versehen, welche den Dichtungsmitteln 18 entsprechen und welche von der Sperrflüssigkeit durch den Versorgungskanal 20 aktiviert werden.
• Eine Ausführungsform der statischen und dynamischen Dichtungsmittel ist in Fig. 3 näher gezeigt. Die Figur zeigt ein Segment des Einsteckelements 3 und das Einführteil 25 des Steckerelements 3, wobei die Elemente in miteinander verbundenen Zustand sind und in Längsschnitt durch die Achse der Schwenkvorrichtung wie in Fig. 1 gezeigt werden.
• Das statische Dichtungsmittel 18 besteht aus einem Paar von U-förmigen Lippendichtungen 35, welche in einer am Umfang verlaufenden Nut 36 in dem Ringelement 17 vorgesehen sind, welches ebenfalls als statisches Dichtungsgehäuse bezeichnet werden kann. Das Ringelement besteht aus einem Paar von Stahlringen, welche miteinander zusammengesetzt und verbunden sind, wie in der Figur gezeigt, so daß die Dichtungselemente in die Nut 36 gebracht werden können, bevor die Stahlringe miteinander verbunden werden. Die U-förmigen Lippendichtungen bestehen aus einem geeigneten elastischen Polymer und haben axial gerichtete Beine 36, wobei das äußere Bein unter dem Einfluß der Sperrflüssigkeit nach außen in kraftschlüssig verriegelnden Eingriff mit der angrenzenden Dichtfläche des Einsteckelements 2 gedrückt wird. Wie erwähnt, wird die Sperrflüssigkeit über den Versorgungskanal 20 und das Puffervolumen am Grund der Ringnut 16 zugeführt, wobei das Ringelement 17 mit zu diesem Zweck geeigneten Öffnungen versehen ist.
• Jedes der Dichtungselemente 35 aus elastischem Polymer ist mit einem integrierten (mit gestrichelten Linien angedeuteten) Stützring 41 versehen, um ein Extrudieren von Dichtungselementmaterial zwischen gegenseitig benachbarten Dichtungsflächen unter Druckeinwirkung von der Sperrflüssigkeit zu verhindern.
• Das dynamische Dichtungsmittel 19 besteht ebenfalls aus einem Paar von U-förmigen Lippendichtungen 38 aus elastischem Polymer, diese Dichtungselemente sind jedoch in getrennten Ringnuten 39 in den Seitenwänden der am Umfang verlaufenden Ringnut 16 vorgesehen, da sie eine Abdichtung zwischen dem Ringelement 17 und dem angrenzenden Teil des Steckerelements 3 bilden, wenn es sich dreht in dem Einsteckelement 2. Die U-förmigen Dichtungselemente 38 haben radial gerichtete Beine 40, welche unter dem Einfluß der Sperrflüssigkeit zum dynamischen Abdichten gegen das Ringelement 17 bzw. die Ringnute 39 gedrückt werden.
• Die Dichtungselemente 38 werden ebenfalls mit (nicht gezeigten) Stützringen ähnlich den Stützringen der Dichtungselemente 35 versehen, um ein Extrudieren des Dichtungsmaterials zu verhindern.
• Wenn das Steckerelement und das Einsteckelement in miteinander verbundenen Zustand sind, haben die Ringelemente 17, wie erwähnt, sich selber in dem Einsteckelement 2 zentriert, da sie in Radialrichtung frei beweglich sind. Die Sperrflüssigkeit (z. B. hydraulisches Öl oder Wasser) wird unter Druck gesetzt, und der Sperrflüssigkeitsdruck erzeugt ein Ausdehnen der statischen Dichtungselemente 35 gegen die Dichtungsfläche des Einsteckelements und hält die Ringelemente oder Dichtungsgehäuse in ihrer Position fest. Was die dynamische Dichtung betrifft, leitet eine kleine Öffnung zwischen den Dichtungsflächen des Ringelements 17 und der Ringnut 16 die Sperrflüssigkeit zu dem Dichtungselement 38. Die Druckdifferenz zwischen der Sperrflüssigkeit und dem Betriebsmedium bringt das Dichtungselement in festen Kontakt mit der Dichtungsfläche des Ringelements.
• Wenn also die Dichtungsmittel 18 und 19 aktiviert werden, dann hält die statischen Dichtungselemente 35 die Ringelemente 17 kraftschlüssig an dem Einsteckelement 2 fest, während die benachbarten Seitenwände der Ringelemente 17 und der Ringnute 16 gegenseitig bewegliche Gleitflächen bilden, welche mittels der dynamischen Dichtungselemente 38 abgedichtet werden. Für die Abdichtungsfunktion der statischen Abdichtung ist es von entscheidender Bedeutung, daß eine feste und starke kraftschlüssige Halterung zwischen dem Dichtungselement und den Dichtungsflächen des Einsteckelements erzeugt wird. Eine Bewegung zwischen dem Dichtungselement und dem Einsteckelement wird aufgrund von großen Druckdifferenzen an der Abdichtung eine Leckage verursachen. Der Druck und der Reibungskoeffizient sind maßgebend, und als Dichtungsmaterial wird man ein elastisches Polymer wählen, welches eine möglichst große Reibung erzeugt. Für die dynamische Abdichtung andererseits, wird man ein elastisches Polymer wählen, welches eine kleine Reibung zwischen den Gleitflächen erzeugt, um eine gute Abdichtung mit niedriger Reibung zu erzeugen.
• Wenn das Steckerelement und das Einsteckelement voneinander getrennt werden sollen, wird der Sperrflüssigkeitsdruck entlastet, so daß die Ringelemente 17 nicht mehr in ihrer Position festgehalten werden. Jetzt kann das Steckerelement aus dem Einsteckelement zurückgezogen werden. Auch wenn die Dichtungselemente während dieses Vorgangs entlastet sind, sind sie nach wie vor in Kontakt mit ihren Dichtungsflächen.
• Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind die ringförmigen Räume 7, 8, 9 der Schwenkvorrichtung in der dargestellten Ausführungsform von einem Ringkanal 42 in dem Einsteckelement 2, von den an der Seite der Ringnut befindlichen Ringelementen 17 des Steckerelements 3 und von dem Oberflächenteil 43 des Steckerelements zwischen den Ringelementen begrenzt. Das Einführteil 25 des Steckerelements umfaßt einen zylindrischen Mittelkörper 44 und eine Anzahl getrennter Fluidweg-Durchführungselemente 45, welche zwischen den Ringelementen 17 angeordnet sind, wobei die genannten Ringelemente 17 und 45 nacheinander am Mittelkörper 44 zusammen mit Abstandshülsen 46 eingeführt werden, welche radial innerhalb jeweiliger Ringelemente 17 angeordnet sind und einen geeigneten Abstand zwischen den Durchführungselementen 45 im Verhältnis zu der Breite der Ringelemente 17 in der Axialrichtung des Steckerelements aufrechterhalten. Zumindest die äußeren Durchführungselemente sind an dem Mittelkörper 44 mittels jeweiligen (in Fig. 1 und 2 gezeigten) Befestigungsschrauben 47 befestigt.
• Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, ist die äußere Kante der inneren Fläche des Einsteckelements 2 abgeschrägt, wie bei 48 gezeigt, um die Einführung des Steckerelements 3 in das Einsteckelement 2 zu erleichtern. Zu diesem Zweck sind auch die äußeren Seitenkanten des Ringelements 17 und die angrenzenden Seitenkantteile des Ringkanals 42 des Einsteckelements abgeschrägt, wie bei 49 bzw. 50 in Fig. 3 gezeigt.
• Eine alternative Ausführungsform eines Ringelements und einer Dichtungsvorrichtung ist in Fig. 4 gezeigt. In der Figur sind die Zwischenraumabstände und -spielräume zwischen den einzelnen Elementen der Klarheit wegen stark übertrieben. In einer der Fig. 3 entsprechenden Weise wird ein Segment eines Einteckelements 55 und ein Einführteil eines Steckerelements 56 gezeigt, wobei die Elemente in miteinander verbundener Position sind und in Längsschnitt durch die Achse der Schwenkvorrichtung gezeigt werden. Bei dieser Ausführungsform ist ein radial bewegliches Ringelement 57 in einer am Umfang verlaufenden Ringnut 58 in dem Steckerelement 56 angeordnet. In dem Ringelement ist ein statisches Dichtungsmittel in Form eines U-förmigen Lippendichungselements 59 vorgesehen, welches Lippen aufweist, welche gegen die angrenzende Dichtungsfläche des Einsteckelements 55 gerichtet sind. Sperrflüssigkeit wird über einen Kanal 60 zu einem Puffervolumen am Grund der Ringnut 58 zugeführt. Wenn die Sperrflüssigkeit unter Druck gesetzt wird, werden die Dichtungslippen nach außen in kraftschlüssig verriegelnden Eingriff mit der angrenzenden Dichtungsfläche des Einsteckelements gedrückt.
• Das dynamische Dichtungsmittel besteht hier aus einem Paar von Dichtungselementen 61, welche in jeweiligen Ringnuten 62 auf jeder Seite des Ringelements 57 abdichtend vorgesehen und in dichtendem Kontakt mit einer angrenzenden Dichtungsfläche des Ringelements sind. Wie gezeigt, ist jede Ringnut 62 mit dem Versorgungskanal 60 für Sperrflüssigkeit verbunden. In dem Bodenteil der Ringnut ist eine Druckfeder 63 vorgesehen, welche zusätzlich zu dem Druck von der Sperrflüssigkeit auf das Dichtungselement 61 einwirkt. Weiterhin wird jedes Dichtungselement 61 durch einen in die Ringnut gelegten O-Ring 64 beeinflußt und festgehalten.
• Wie von einem Fachmann zu erkennen, ist in der Dichtungsfläche zwischen den Dichtungselementen 61 und der angrenzenden Anlage- oder Sitzfläche des Ringelements 57 einen Kraftausgleich hergestellt zwischen den "schließenden" Kräften, welche durch die Kraft von der Feder 63 und die durch den Sperrflüssigkeitsdruck hervorgerufene, hydraulische Kraft dargestellt sind, und den "öffnenden" Kräften, welche durch die durch den Betriebsmediumdruck und den Sperrflüssigkeitsdruck hervorgerufene, hydraulische Kraft dargestellt sind. Mit einer geeigneten Konfiguration der Dichtungselemente 61 bzgl. Wahl des Durchmessers der Anlagefläche des Dichtungselements gegen das Ringelement 57 und mit einer geeigneten Wahl des Durchmessers des O-Rings und des Federdrucks, kann man die unausgeglichene Kraft, mit welcher das Dichtungselement 61 gegen die Anlagefläche gerückt wird, beeinflussen und dadurch einen gewünschten Flächendruck in der dynamischen Dichtungsfläche erreichen. Damit kann also eine optimale dynamische Abdichtungsfunktion erreicht werden.
• Wie verstanden wird, sind die Betriebsweise und die Funktionseigenschaften der Ausführungsform in Fig. 4 bzgl. anderer Aspekte im wesentlichen die gleichen wie die der vorher beschriebenen Ausführungsform, und deswegen wird diesbezüglich auf die vorherige Beschreibung hingewiesen.
• Fig. 5-7 zeigen eine Ausführungsform der Schwenkvorrichtung, bei welcher diese ein Teil eines Systems für Offshore-Produktion von Kohlenwasserstoffen mittels eines Schiffs bildet, welches zum Verbinden mit und Trennen von einer untergetauchten Boje ausgelegt ist, wobei die Boje einen äußeren Schwimmkörper zum Einführen und zur lösbaren Befestigung in einem untergetauchten, nach unten offenen Aufnahmeraum in dem Schiff aufweist, sowie ein Mittelteil, welches in dem äußeren Teil drehbar gelagert ist und welches an dem Meeresboden verankert ist und mit zumindest einem zu der Boje hochsteigenden Steigrohr verbunden ist. In diesem Zusammenhang wird auf die in der Einleitung erwähnten Patentanmeldung hingewiesen.
• In der Ausführungsform nach Fig. 5-7 enthält die Schwenkvorrichtung 71 ein Einsteckelement 72, welches in Fig. 6 an dem Mittelteil 73 einer Boje 70 befestigt ist bzw. genauer gesagt darin eingesetzt ist, welche in dem Aufnahmeraum in dem (nicht gezeigten) vorliegenden Schiff lösbar befestigt ist. Die Boje ist schematisch gezeigt und hat einen äußeren Schwimmkörper 74, in welchem das Mittelteil 73 mittels zweier Radiallager 75, 76 und eines Axiallagers 77 eingesetzt ist. Das Einsteckelement 72 enthält ein Paar von Fluidwegen 78, 79, welche mit jeweiligen in der Boje eingeführten Steigrohren 80, 81 verbunden sind.
• Ein Steckerelement 82 ist mit einem Ende eines Armmittels 83 fest verbunden, und dessen Fluidwege 84, 85 (siehe Fig. 7) sind mit jeweiligen Rohren 86 (nur ein Rohr ist gezeigt) verbunden, welche sich längs des Armmittels 83 zu inneren Fluidwegen in einem Kopplungselement oder Kopplungsstopfen 87 erstrecken, welcher mit einem drehbar gelagerten Ende des Armmittels fest verbunden ist. Das Steckerelement ist auch mit einer Versorgungskopplung versehen, welche einen zentralen Stecker 88 enthält, welche zur Verbindung mit einem Versorgungssteigrohr 89 vorgesehen ist, welches ebenfalls mit der Boje 70 verbunden ist. Die Versorgung enthält die notwendigen elektrischen und hydraulischen Steuerleitungen, welche über elektrische Kontaktbänder 90 und (nicht gezeigte) hydraulische Kopplungen an dem unteren Ende des Steckers 88 verbunden sind.
• Es sei bemerkt, daß eine Versorgungskopplung mit einem geeigneten Stecker in der Praxis normalerweise ebenfalls in Verbindung mit der Schwenkausfühungsform nach Fig. 2 und 3 vorgesehen ist. Dann wird der Stecker an dem unteren Ende des Steckerelements zur Verbindung mit einem entsprechenden Kopplungspunkt in dem Einsteckelement angeordnet sein.
• Es sei ebenfalls bemerkt, daß die Ausführungsform in Fig. 6 so konstruiert ist, daß die Steigrohre zusammen mit dem Einsteckelement 72 nach oben durch das Mittelteil der Boje und in das Schiff gezogen werden kann. Dies ist für Wartungszwecke vorteilhaft.
• Das System enthält weiterhin ein Mittel zum Heben des Armmittels 83 mit dem Steckerelement 82 und dem Kopplungselement 87 als eine Einheit, und zum Drehen der genannten Einheit in der hochgehobenen Position, so daß das Steckerelement zwischen einer Lagerposition an der Seite des Aufnahmeraums des Schiffs und einer über die Boje zentrierten Betriebsposition geschwenkt werden kann. In der abgesenkten Betriebsposition, in welcher das Steckerelement 82 mit dem Einsteckelement 72 verbunden ist, ist das Kopplungselement 87 in einem Anschlußteil in Form einer Verbindungsmuffe 91 gebracht, um innere Fluidwege in dem Kopplungselement mit dem Rohrsystem 92 des Schiffs für Betriebsmedien zu verbinden.
• Bei der Schwenkvorrichtung 73 ist das Einsteckelement 72 in üblicher Weise mit am Umfang verlaufenden Kanälen 93, 94 (Fig. 6) zur Bildung von ringförmigen Räumen zur Verbindung mit den Fluidwegen 84, 85 des Steckerelements (Fig. 7) versehen. In entsprechender Weise ist die Verbindungsmuffe 91 mit (nicht gezeigten) ringförmigen Räumen versehen, welche eine Verbindung zwischen den Fluidwegen des Kopplungselements 87 und dem Rohrsystem 92 des Schiffs bilden. Wie in Fig. 7 gezeigt, sind die Fluidwege 84, 85 des Steckerelements 82 innerhalb konzentrischen Rohrelemente 95, 96 begrenzt, wobei diese Fluidwege über Öffnungen in den Rohrwänden mit den zugehörigen ringförmigen Räumen 93, 94 des Einsteckelements in Verbindung stehen.
• Wie aus einer Betrachtung der Fig. 7 klar wird, kann die Länge und der Durchmesser des Steckerelements wesentlich reduziert werden, wenn nur ein Medium transportiert werden soll.
• Zum Heben, Senken und Drehen des Armmittels 83 mit dem Steckerelement 82 und dem Kopplungselement 87, ist das Armmittel an dem drehbar gelagerten Ende mit einem hochstehenden Schaftelement 97 versehen, welches in einem Lagermittel 98 drehbar und axial verschiebbar gelagert ist. Das Lagermittel 98 ist in einem Rahmen 99 angeordnet, welcher an dem Schiff in geeigneter Weise gehalten ist. Zum Heben und Senken des Armmittels und den davon getragenen Elementen ist das Schaftelement 97 mit einem hydraulisch angetriebenen Manipulator 100 verbunden, welche zur Bewegung nach oben und nach unten ausgelegt sein kann. Für die horizontale Rotations- oder Drehbewegung des Armmittels, kann in geeigneter Weise ein (nicht gezeigtes) gesondertes Stellglied vorgesehen sein, z. B. ein hydraulisches Zylinder-Kolben-Mittel.
• In der dargestellten Ausführungsform sind das Schaftelement 97 und damit die Rotationsachse 101 des Armmittels 83 konzentrisch zu dem Kopplungselement 87 und damit zu der Längsachse der Verbindungsmuffe 91. Diese koaxiale Anordnung kann dann vorteilhaft sein, wenn geometrische und/oder dimensionsbezogene Gründe ein Positionieren des rotierenden Schafts an dem gegenüberliegenden Ende des Armmittels bzgl. des Steckerelements 82 bestimmen. Es ist jedoch ebenfalls vorstellbar, daß die Rotationsachse des Arms an einer geeigneten Stelle zwischen dem Steckerelement und dem Kopplungselement vorgesehen wird, da dies ein vorteilhaftes Gleichgewicht des Armmittels und der davon getragenen Elemente und dadurch reduzierte Lastmomente und Lastkräfte an den Lagermitteln 98 bewirken kann. Die Schwenkvorrichtung 71 in dem System nach Fig. 5-7 ist in einer ähnlichen Weise aufgebaut wie in der vorher beschriebenen Ausführungsform, sowohl bzgl. radial beweglicher Ringelemente zum Ausgleich von relativ großen Toleranzen und Zentrierabweichungen, als auch bzgl. statischer und dynamischer Dichtungsmittel, welche mittels Sperrflüssigkeit mit einem höheren Druck als Umgebungsdruck aktiviert werden. Deswegen wird hier bzgl. der allgemeinen Konstruktion und Funktion dieser Mittel und der erzielten Vorteile auf die vorherigen Beschreibung hingewiesen.
• Auch in dieser Ausführungsform sind die kombinierten Ringelemente und Dichtungseinrichtungen in dem Steckerelement zum Anordnen an jeder Seite der ringförmigen Räumen 93 und 94 des Einsteckelements 72 vorgesehen, wenn das Steckerelement in dem Einsteckelement eingeführt ist. In Fig. 7 sind diese Einrichtungen nur schematisch als Blöcke 102 dargestellt. Sperrflüssigkeit wird zu diesen Einrichtungen über nicht dargestellte Versorgungskanäle zugeführt, welche mit der in Fig. 5 gezeigten Leitung 103 für Sperrflüssigkeit in Verbindung stehen. (Diese Leitung ist gezeigt als teilweise zusammenfallend mit einer am oberen Ende des Steckerelements 82 befestigten Versorgungsleitung 104.) Sperrflüssigkeit wird ebenfalls über eine nicht dargestellte Versorgungsleitung zu statischen Dichtungsmitteln zugeführt, welche in dem Kopplungselement 87 in einer Weise angeordnet sind, welche in Prinzip mit der des Oberteils 26 des Steckerelements 3 in der Ausführungsform nach Fig. 2 und 3 übereinstimmt.

Claims (12)

1. Schwenkvorrichtung, die innere und äußere gegenseitig drehbare Schwenkelemente (2, 3; 55, 56; 72, 82) umfaßt, wobei die Schwenkelemente jeweilige innere Fluidwege (10-15; 78, 79, 84, 85) umfassen, die miteinander durch einen oder mehrere verknüpfte ringförmige Räume (7-9; 93, 94) an der Grenzfläche zwischen den Schwenkelementen (2, 3; 55; 56; 72, 82) kommunizieren, wobei die ringförmigen Räume voneinander mittels Dichtungsmitteln (18, 19; 59, 61) abgedichtet sind, wobei die Schwenkelemente (2, 3; 55, 56; 72, 82) als ein Einsteckelement (2; 55; 72) bzw. ein Steckerelement (3; 56; 82) ausgebildet sind, so daß das Steckerelement axial in ein zusammenwirkendes Einsteckelement in eine operative Arbeitsposition eingeführt oder beim Trennen der Schwenkelemente aus dem Einsteckelement herausgezogen werden kann, wobei die Dichtungsmittel (18, 19; 59, 61) zwischen den ringförmigen Räumen (7-9; 93, 94) angeordnet sind, um für eine aktive Abdichtungsfunktion in der genannten operativen Arbeitsposition aktiviert zu werden, und um bei gegenseitigen Trennen der Schwenkelemente (2, 3; 55, 56; 72, 82) entlastet zu werden.

2. Schwenkvorrichtung nach Anspruch 1, bei der eines (3; 56) der Schwenkelemente auf jeder Seite jedes der ringförmigen Räume (7-9) mit einer am Umfang verlaufenden Ringnut (16; 58) versehen ist, die ein radial bewegbares Ringelement (17; 57) mit verknüpften Dichtungsmitteln (18, 19; 59, 61) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsmittel für statisches Abdichten gegen das andere Schwenkelement (2; 55) und für dynamisches Abdichten zwischen dem Ringelement (17; 57) und den Seitenwänden der am Umfang verlaufenden Ringnut (16; 58) angeordnet sind, wobei die Dichtungsmittel (18, 19; 59, 61) angeordnet sind, um hydraulisch mittels einer Sperrflüssigkeit mit einem höheren Druck als dem Umgebungsdruck betätigt zu werden, wobei das Schwenkelement (3; 56) mit der am Umfang verlaufenden Ringnut (16; 58) mit einem Versorgungskanal (20; 60) für die Sperrflüssigkeit versehen ist.

3. Schwenkvorrichtung nach Anspruch 2, bei der das erste Schwenkelement (3; 56) das innere Schwenkelement darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringelemente (17; 57) einen größeren Außendurchmesser als der Rest des ersten Schwenkelements (3; 56) haben, wobei der Außendurchmesser des Ringelements (17; 57) im wesentlichen dem Innendurchmesser des äußeren Schwenkelements (2; 55) entspricht.

4. Schwenkvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder ringförmige Raum (7-9) durch einen Ringkanal (42) in dem anderen Schwenkelement (2), durch die seitlich angeordneten Ringelemente (17) im ersten Schwenkelement (3) und durch den Oberflächenbereich (43) des ersten Schwenkelements (3) zwischen den Ringelementen (17) abgegrenzt ist.

5. Schwenkvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Schwenkelement (3) einen zylindrischen Mittelkörper (44) und eine Anzahl getrennter Fluidweg-Druchführungselemente (45) umfaßt, die zwischen den Ringelementen (17) angeordnet sind, wobei die genannten Elemente (17 und 45) nacheinander am Mittelkörper (44) zusammen mit Abstandshülsen (46) eingeführt werden, die radial innerhalb jeweiliger Ringelemente (17) angeordnet sind und einen geeigneten Abstand zwischen den Durchführungselementen (45) im Verhältnis zu der Breite der Ringelemente (17) aufrechterhalten.

6. Schwenkvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Seitenkanten (49) der Ringelemente (17) und die angrenzenden Seitenkantenteile (50) der Ringkanäle (42) des äußeren Schwenkelements (2) und die Außenkante (48) der Innenfläche des äußeren Schwenkelements (2) abgeschrägt sind, um die Einführung des inneren Schwenkelements (3) in das äußere Schwenkelement (2) zu vereinfachen.

7. Schwenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß das statische Dichtungsmittel (18) aus einer U-förmigen Lippendichtung (35) mit Beinen (37) besteht, die axial entlang des Drehteils (1) gerichtet sind, wobei das äußere Bein unter dem Einfluß der Sperrflüssigkeit in kraftschlüssig verriegelnden Eingriff mit dem äußeren Schwenkelement (2) gedrückt wird.

8. Schwenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeichnet, daß das dynamische Dichtungsmittel (19) aus einem Paar elastomerer U-förmiger Lippendichtungen (38) besteht, die in entsprechenden Ringnuten (39) in dem ersten Schwenkelement (3) auf jeder Seite des Ringelements (17) angeordnet werden, und die radial gerichtete Beine (40) aufweisen, welche unter dem Einfluß der Sperrflüssigkeit in dynamische Abdichtung gegen das Ringelement (17) bzw. die Ringnut (39) gedrückt werden.

9. Schwenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeichnet, daß das dynamische Dichtungsmittel aus einem Paar von Dichtungselementen (61) besteht, die abdichtend in entsprechenden Ringnuten (62) im ersten Schwenkelement (56) auf jeder Seite des Ringelements (57) angeordnet werden, wobei der Bodenteil der Ringnut (62) mit dem Versorgungskanal (60) für Sperrflüssigkeit verbunden ist, und daß im Bodenteil der Ringnut (62) weiter eine mechanische Feder (63) vorgesehen ist, die zusätzlich zu dem Druck von der Sperrflüssigkeit auf das Dichtungselement (61) einwirkt.

10. Schwenkvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement (61) durch einen in die Ringnut (62) gelegten O-Ring (64) beeinflußt und festgehalten wird, und daß die Kraft von der Feder (63), der Durchmesser des O-Rings (64) und der Durchmesser der Anlagefläche des Dichtungselements (61) gegen das Ringelement (57) so aufeinander abgestimmt sind, daß eine gewünschte Größe der unausgeglichenen Kraft erhalten wird, mit der das Dichtungselement (61) gegen die Anlagefläche gedrückt wird.

11. Schwenkvorrichtung nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte eine Schwenkelement (82) an einem Ende eines Armmittels (83) angebracht ist, das schwenkbar in einem Abstand von dem genannten Ende angebracht ist, so daß dieses Schwenkelement (82) zwischen einer Lagerposition und einer Betriebsposition mit dem Schwenkelement (82), das über dem anderen Schwenkelement (72) zentriert ist, geschwenkt werden kann, wobei ein Betätigungsmittel (100) für Verbindung der Schwenkelemente (72, 82) miteinander vorgesehen ist.

12. Schwenkvorrichtung nach einem der vorangegangen Ansprüche zur Verwendung in Verbindung mit einem untergetrauchten Schwimmkörper (70), der mit einer Anzahlt von Steigrohren (80, 81, 89) verbunden ist und für Einführung und Befestigung in einem Aufnahmeraum in einem Schiff ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwenkelement (72) permanent an dem Schwimmkörper (70) befestigt ist und das andere Schwenkelement (82) geeignet an dem Schiff gehalten wird, wobei das andere Schwenkelement (82) mit einem mittig angeordneten nabelförmigen Stopfen (88) versehen ist, der zur Verbindung mit einem entsprechenden nabelförmigen Verbindungsteil in dem ersten Schwenkelement (72) ausgeführt ist.