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Die Erfindung befasst sich mit einer Rohrverbindung mit einem
automatischen Lösevorgang und einer sofortigen Wasserabsperrung mit Verschluss
in Abhängigkeit von einer starken Zugkraft.
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Rohrverbindungen, welche insbesondere auf dem Gebiet der Ölförderung zur
Verbindung von flexiblen Leitungen in Bewegung eingesetzt werden, sind an
sich bekannt, beispielsweise zwischen Schiff und Schiff, Schiff und Land und
Schiff und anlandiger Anlage, bei denen erwartungsgemäß möglicherweise
starke axiale Zugbelastungen in Folge von mehreren Ursachen auftreten
können, ist es erwünscht, dass die Lösung der Rohrverbindung automatisch
eingeleitet wird und sofort der Hydraulikfluidstrom unterbrochen wird.
Hierdurch wird ermöglicht, dass man eine axiale Zugkraft über einem maximal
von den flexiblen Leitungen aufnehmbaren Grenzwert verhindern kann,
welche sonst zu Beschädigungen in den Rohrleitungen führen würden.
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In US-A-4445664 ist eine Rohrverbindung beschrieben, bei der der
Durchgang zwischen dem ersten und dem zweiten Teil der Rohrverbindung durch
Verdrehen und eine translatorische Bewegung eines Kugelsegmentventils
verschlossen wird, welches in dem ersten Teil angeordnet ist, bis das Ventil
in dichtenden Sitzeingriff mit einem festen Sitz kommt.
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In US-A-4664149 ist eine Rohrverbindung beschrieben, welche von ersten
und zweiten Passteilen gebildet wird, die jeweils durch ein zugeordnetes
Kugelventil geregelt werden.
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In US-A-5507313 ist eine Rohrverbindung beschrieben, die von einem ersten
und einem zweiten Passteil gebildet wird, und die eine automatische Lösung
der Kupplungseinheit aufweist, die durch zugeordnete, zwischengeschaltete
Kugelventile gesteuert wird.
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Die Erfindung zielt darauf ab, eine Rohrverbindung der vorstehend
genannten Art bereitzustellen, die im Falle eines automatischen Lösens infolge einer
Axialzugkraft, die einen Maximalwert überschreitet, insbesondere eine
wirksame gleichzeitige dichte Wasserabsperrung gestattet.
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Nach der Erfindung wird hierzu eine Rohrverbindung bereitgestellt, deren
Merkmale im Patentanspruch 1 angegeben sind.
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Falls beim Lösen der beiden Teile der Rohrverbindung und somit der durch
die Rohrverbindung selbst verbundenen beiden Rohrteile insbesondere hohe
und gefährliche Axialzugbelastungen auftreten, wird die Rohrverbindung
automatisch durch eine Bewegung des Kugelsegmentventils angetrieben,
welches nicht nur eine Drehbewegung von einer Offenposition zu einer
Schließposition ausführt, sondern auch unter axialem Anpressen in Eingriff gegen
eine Dichtungspackung kommt, welche eine perfekte Wasserdichtung
sicherstellt und somit eine unerwünschte Produktvergeudung verhindert.
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Unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung werden einige bevorzugte
Ausführungsformen als nicht beschränkende Beispiele erläutert. Darin gilt:
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Fig. 1 zeigt eine axiale Schnittansicht einer bevorzugten
Ausführungsform einer Rohrverbindung nach der Erfindung mit
einem einzigen Ventil in einer Arbeitsposition;
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Fig. 2 zeigt die vorstehende Rohrverbindung im Querschnitt längs
der Linie II-II in Fig. 1;
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Fig. 3 zeigt diese Rohrverbindung im Querschnitt längs der Linie III-
III in Fig. 1;
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Fig. 4 zeigt diese Rohrverbindung in einer Längsschnittansicht längs
der Linie IV-IV in Fig. 1
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Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Rohrverbindung, welche in
den vorangehenden Figuren dargestellt ist;
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Fig. 6 zeigt die Rohrverbindung nach Fig. 1 in einer Löseposition mit
wasserdichtem Abschluss;
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Fig. 7 zeigt die Rohrverbindung nach Fig. 1 am Beginn des
Lösevorgangs, wenn eine nicht axial wirkende Zugkraft einwirkt;
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Fig. 8 zeigt eine Axialschnittansicht einer bevorzugten
Ausführungsform einer Rohrverbindung nach der Erfindung mit zwei
Ventilen in einer Arbeitsposition;
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Fig. 9 zeigt eine Rohrverbindung nach Fig. 8 in einer Lösestellung
mit wasserdichtem Abschluss.
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Die in den Fig. 1-7 dargestellte bevorzugte Ausführungsform einer
Rohrverbindung mit einem einzigen Ventil weist ein erstes und ein zweites Teil 1 und
2 auf, welche hintereinander mit Hilfe einer Reihe in Umfangsrichtung
angeordneten, brechbaren Schrauben 3 fest verbunden sind, welche einen
Zwi
schenabschnitt in Längsrichtung 4 mit vermindertem oder geschwächtem
Querschnitt haben (Fig. 1).
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Das erste Teil 1 der Verbindung weist einen ersten und einen zweiten
Ringflansch 5 und 6 auf, wobei der erste Flansch mit Hilfe von Schrauben 7 fest
mit dem ersten Teil der Rohrleitung 8 verbunden werden kann, insbesondere
mit dem Rohrleitungsteil, welches zur Fluidabgabe bestimmt ist. Von diesem
Flansch 5 geht in Übereinstimmung mit der Mittelöffnung 9 eine zylindrische
Leitung 10 aus, welche einen axialen Durchgang für den Fluidstrom bildet,
welcher durch die Rohrverbindung geht und sich in Gegenrichtung aber axial
ausgerichtet mit dem ersten Teil der Rohrverbindung 8 erstreckt. Koaxial zu
der Leitung bzw. im Durchgang 10 und außerhalb derselben ist ein
zylindrischer Verbindungskasten 12 vorgesehen, dessen Enden mit Hilfe von
Schrauben 13 fest mit dem zugeordneten Flansch 6 verbunden sind, welcher
von dem Flansch 5 abgeht, an welchem dieser mit Hilfe von Schrauben 11
festgelegt ist.
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In dem zwischen der Leitung 10 und dem Verbindungskasten 12 gebildeten
Ringraum 14 ist eine in Axialrichtung gleitbewegliche Scheibe 15
untergebracht, welche in Richtung nach rechts (in Fig. 1) durch eine Druckfeder 16
gedrückt wird, die gegebenenfalls durch mehrere Federn koaxial zueinander
ersetzt werden kann.
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Zwei Zahnstangen 17 (Fig. 1, 2 und 4) sind gleitbeweglich mit Hilfe eines
Paares von Stützen 18 gelagert, welche im Innern des Verbindungskastens
12 fest vorgesehen sind und symmetrisch fest mit der gleitbeweglichen
Scheibe 15 verbunden sind. Zusätzlich sind zugeordnete Zahnsegmente 19
fest an diesen Stützen 18 in einer Position angebracht, die den Zahnstangen
17 gegenüberliegt.
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Jede Zahnstange 17 endet mit einem Kolben 20, welcher gleitbeweglich in
einem zugeordneten Zylinder 21 aufgenommen ist, welcher fest mit dem
Flansch 6 verbunden ist. Jeder Zylinder 21 ist normalerweise mit Öl gefüllt,
welches nicht unter Druck steht, und zwar in einer solchen Weise, dass der
Kolben 20 in der in Fig. 1 gezeigten Position ermöglicht, dass mit einer
gesteuerten Geschwindigkeit über eine Dosieröffnung 31 das Öl ausströmen
kann (Fig. 1), wie dies nachstehend noch näher erläutert wird.
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Zwischen jeder Zahnstange 17 und dem zugeordneten Zahnsegment 19 ist
in Zahneingriff mit derselben ein Zahnrad 22 angeordnet, welches sich um
eine Achse senkrecht zu den Längsachsen der Leitung 10 des
Verbindungskastens 12 drehen kann, so dass eine Gleitbewegung parallel zu diesen
Längsachsen ausgeführt wird. Die Drehachsen der beiden Zahnräder 22 sind
auch die Schwenkachsen für die Drehbewegung eines Kugelsegmentventils
23 (es ist beispielsweise 1/4 einer Kugel dargestellt), welches fest mit den
Zahnrädern verbunden ist und infolge der Dreh- und Gleitbewegung
derselben in einer Offenposition, welche in Fig. 1 in durchgezogenen Linien
dargestellt ist und in eine Schließposition bewegt werden kann, welche in der
gleichen Figur mit gebrochenen Linien dargestellt ist. In der zuletzt genannten
Position wird die sphärische innere Fläche 24 des Ventils nicht nur senkrecht
zu den Achsen der Rohrverbindung verdreht, sondern auch gegen eine
ringförmige Dichtungspackung 25 gedrückt, welche passend in ein
zugeordnetes Gehäuse des Flansches 6 eingesetzt ist.
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Das zweite Teil 2 der Rohrverbindung weist seinerseits eine zylindrische
Leitung bzw. einen zylindrischen Durchgang 26 auf, welcher einen gleich
großen Durchmesser wie die Leitung bzw. der Durchgang 10 des ersten
Teils 1 hat und axial hierzu derart ausgerichtet ist, dass diese beiden
Durchgänge zusammen einen axialen Durchgang für den Fluidstrom durch die
Rohrverbindung bilden. Abgesehen von einem kurzen
Umfangszwischenraum zwischen denselben (Fig. 1) wird der axiale Durchgang in
kommunizierender Verbindung mit dem zuvor angegebenen Ringraum 14 gehalten.
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Der zylindrische Durchgang 26 verläuft von der Mittelöffnung 27 eines
Flansches 28 in der Axialrichtung, welcher einen verminderten
Außendurchmesser im Vergleich zu den Flanschen 5 und 6 des ersten Teils der
Rohrverbindung hat. Die entsprechende Fläche des Flansches 28 ist im Grundzustand
fest mit dem Flansch 6 mit Hilfe der zuvor angegebenen brechbaren
Schrauben 3 verbunden. Ein zweiter Teil der Leitung 30, nämlich jener Teil, der zur
Aufnahme des zu fördernden Fluids bestimmt ist, ist mit der anderen Fläche
des Flansches 28 mit Hilfe von Schrauben 29 fest verbindbar.
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Bei der zuvor beschriebenen Auslegungsform ist der Grundbetriebszustand
der Rohrverbindung in Fig. 1 dargestellt, in welchem die brechbaren
Schrauben 3 die beiden Verbindungsteile 1 und 2 und somit die beiden Rohrteile 8
und 30 zusammenhalten, das Ventil 23 offen ist und in diesem Zustand durch
die Reaktionswirkung der Wand der zylindrischen Leitung 26 gehalten ist.
Das zu fördernde Fluid kann von dem ersten Leitungsteil 8 zu dem zweiten
Leitungsteil 30 durch den axialen Durchgang durchgehen, welcher von den
beiden punktgerecht ausgerichteten zylindrischen Durchgängen 10 und 26
gebildet wird, ohne dass ein Hindernis vorhanden ist. Wenn in diesem
Zustand eines der beiden Rohrteile axialen Zugbelastungen über einem
zulässigen Grenzwert ausgesetzt ist, brechen die geschwächten Teile 4 der
brechbaren Schrauben 3, so dass sich der Flansch 28 des zweiten Teils der
Rohrverbindung von dem Flansch 6 des ersten Rohrverbindungsteils (oder
umgekehrt) wegbewegen kann. Durch den fehlenden Rückhalt durch die
Wand der Leitung 26 beginnt sich das Ventil 23 zu drehen und führt eine
Gleitbewegung unter der elastischen Vorbelastungskraft aus, die durch die
Feder 16 auf die ringförmige Scheibe 15 ausgeübt wird, wodurch dann
bewirkt wird, dass die beiden Zahnstangen 17 eine Gleitbewegung ausführen
und in Kombination hiermit die festen Zahnsegmente 19 zu einer
Drehbewegung und einer axialen Bewegung der beiden Zahnräder 22 führen, wodurch
das Ventil 23 mit einer Geschwindigkeit in Abhängigkeit von dem Widerstand
betätigt wird, welcher durch das Öl im Innern des Zylinders 21 auf den
Kolben 20 einwirkt. Somit erfolgt die Betätigung proportional zu der
Geschwin
digkeit des aus dem Zylinder ausströmenden Öls, welches über die
Dosieröffnung 31 in vorbestimmter Weise austritt.
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Somit gelangt die Rohrverbindung in einen Lösezustand mit wasserdichtem
Abschluss, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.
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Es ist noch zu erwähnen, dass die Trennung der beiden Teile der
Rohrverbindung dadurch unterstützt wird, dass eine runde Form über die
Längserstreckung der äußeren Wand 32 der Leitung 26 vorhanden ist, welche mittels
eines O-Rings 33 im Grundzustand einen wasserdichten Abschluss mit der
zentralen Öffnung 34 des Flansches 6 bildet (Fig. 5). Dieses Ausrunden
ermöglicht, dass die Leitung 26 aus der Mittelöffnung des Flansches 6 selbst
dann herausgleiten kann, wenn die axiale Belastung nicht exakt axial auf die
beiden Teile der Rohrverbindung einwirkt (Fig. 7).
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Im Grundprinzip ist die Auslegung der Rohrverbindung mit zwei Ventilen
ähnlich wie die zuvor beschriebene ausgelegt. Diese bevorzugt
Ausführungsform ist in den Fig. 8 und 9 gezeigt.
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Das erste Teil 1 der Rohrverbindung ist absolut übereinstimmend ausgelegt.
Das zweite Teil ist geringfügig abgeändert und ist dort mit 2' bezeichnet.
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Das Teil 2' hat einen Flansch 6', welcher dem Flansch 6 der Rohrverbindung
nach den Fig. 1-7 entspricht und in ähnlicher Weise mit einer ringförmigen
Packung 25 versehen ist. Ein zweiter Flansch 5' mit gleichem Durchmesser
ist fest mit dem zweiten Teil der Leitung mit Hilfe von Schrauben 29'
verbunden. Ein zylindrischer Verbindungskasten 12' zur Herstellung einer
Verbindung zwischen den Flanschen 6' und 5' ist vorgesehen, welche fest an den
Flanschen mit Hilfe von Schrauben 13' und 11' angebracht ist. Die beiden
Flansche 6 und 6' der beiden Teile der Rohrverbindung sind in dem
Grundzustand mittels brechbaren Schrauben 3 zusammengehalten.
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Ein zylindrischer Durchgang 10', der vor dem Erreichen des Flansches 6'
endet, bildet einen Fluiddurchgang, welcher zu einem der Durchgänge 10
und 26 ausgerichtet ist, welcher sich von dem Flansch 5' zu dem Flansch 6'
erstreckt. Dieser verläuft koaxial zu dem Verbindungskasten 12' im Innern
desselben.
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In dem Ringraum 14' zwischen dem Durchgang 10' und dem
Verbindungskasten 12' ist eine ringförmige Scheibe 15' vorgesehen, welche durch eine
Druckfeder 16' elastisch vorbelastet ist und auf ähnliche Weise axial
gleitbeweglich ausgelegt ist.
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Die Scheibe 15' und die Feder 16' steuern die Dreh-Gleitbewegung eines
Kugelsegmentventils 23' über eine Einrichtung, die im wesentlichen
übereinstimmend mit jener bei dem ersten Teil der Rohrverbindung 1 ausgelegt ist
und gleitbewegliche Zahnstangen 17', Stützen 18', feste Zahnsegmente 19'
und Zahnräder 22' mit einer Dreh-Gleitbewegung aufweist. Hierbei ist nur
eine Abweichung dahingehend vorgesehen, dass die Zahnstangen 17' nicht
an einem Kolben wie dem Kolben 20 enden, sondern dass diese
gleitbeweglich durch den Flansch 6' gehen, wie sie an diesem zur Anlage kommen,
wenn die Rohrverbindung im Verbindungszustand ist. Diese kommen dann
zur Anlage gegen den Flansch 6 des ersten Teils der Rohrverbindung 1 (Fig.
8). Ein solcher Anlageeingriffszustand ermöglicht, dass das Ventil 23' selbst
in der Offenposition bleibt, welche in einer durchgezogenen Linie in Fig. 8
dargestellt ist und zwar entgegen der elastischen Vorbelastung der Feder 16'
und möglichen Zugbelastungen unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts.
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Wenn eine Zugbelastung auftritt, die insgesamt ein Brechen der Schrauben 3
bewirkt, bewegen sich die beiden Teile der Rohrverbindung voneinander auf
ähnliche Weise wie bei der Rohrverbindung nach den Fig. 1-7 weg und die
Anlageberührung von den Zahnstangen 17' mit dem Flansch 6 wird
aufgehoben. Die Feder 16' kann über die Scheibe 15', die Zahnstangen 17', die
Zahnsegmente 19' und die Zahnräder 22' eine Dreh-Gleitbewegung des
Ventils 23 bewirken, bis diese in Eingriff mit der bogenförmigen Rückseite 24'
der ringförmigen Dichtungspackung 25' kommt (Fig. 9).