DK166100B - Kobling til hoejtryksslange - Google Patents

Description

i

DK 166100B

Opfindelsen angår en kobling til en højtryksslange og af den i krav l's indledning angivne art.

Ued konstruktion af koblingsforbindelser til forholdsvis højt belastede slanger, såsom slanger til roteren-5 de bor og neddrosling og lukning af borehuller, samt bevægelige kompensatorslanger, udgør reduktion af koblingens længde og vægt, uden herved at begrænse arbejds-og sprængtrykket samt pålideligheden af forbindelsens tæthed, to væsentlige konstruktionskriterier. I US-pa-10 tent nr. 4 143 892 er der beskrevet en kobling af den ne art, hvor konstruktionsopgaven er søgt løst ved at lade koblingsmuffen spidse til i keglestub form med et udvidet tværsnit ved koblingens forskruning. Koblingen omfatter en wirearmering, og i dette tilfælde er dennes 15 deling ved keglestubbens grundflade trinvist øget, idet de enkelte wirer er blevet placeret med uensartet indbyrdes afstand i længde- og/eller radial retningen, hvorefter de er blevet indstøbt i en forankringsindstøbning af en polymer harpiks. Uisse gasser, især t^S, kan imid-20 lertid trænge gennem paknings- og slangematerialet og ødelægge koblingsforbindelsens forstærkende forankringsindstøbning, således at wirerne kan bevæge sig, når slangen sættes under tryk. Slangematerialet tjener også til at hindre, at f^S trænger ind i selve slangen.

25 Hvis wirerne deformeres under højtryk, nedsættes spræng trykket, og slangen arbejder ikke optimalt. Såfremt, der anvendes en elastomer fluorplast til koblingsforbindelsens pakning og slangeliner, vil H^S i koncentrationer op til 20?ό ikke være i stand til at trænge ind 30 i selve slangen, og wirerne vil forblive på deres plads, fast forankret.

Herudover er bestræbelserne rettet mod generelt at øge disse slangeforbindelsers tæthed og styrke. Efterhånden som driftsbetingelserne bliver stadigt mere kræven-

DK 166100B

2 de, er der opstået behov for trykslanger, som kan tåle meget høje tryk. Slangerne skal nu kunne tåle arbejds-tryk op til 1035 bar. Der er ligeledes indført afprøvninger, såsom Lloyds of Londons braridprøve (700°C ved 5 et arbejdstryk på enten 690 eller 1035 bar i 30 minut ter), for slanger, som skal anvendes på olieboreplatforme i Nordsøen.

Formålet med opfindelsen er at anvise en kobling af den indledningsvis nævnte art, som er i stand til at 10 leve op til ovennævnte mere krævende driftsforhold.

Dette opnås ved hjælp af det nye og særegne ifølge opfindelsen, og som er angivet i krav l's kendetegnende del. Derved opnås en væsentlig forøgelse af koblingens styrke og holdbarhed. De fine partikler medfører, at 15 pakningen bliver mere stiv og bedre i stand til at mod stå store trykpåvirkninger. De grove partikler tjener til at gøre det indvendige slangelag mindre gennemtræn-geligt, og særligt vigtigt at forhindre, at gasformigt H^S i koncentrationer op til 20% angriber indstøbningen 20 i koblingsforbindelsen og armeringsmaterialerne i høj tryksslangen .

En særlig fordelagtig, stærk og holdbar konstruktion opnås ved hjælp af det i krav 2 angivne.

Opfindelsen forklares nedenfor under henvisning til 25 tegningen, hvor ens dele er angivet med samme henvis ningstal, og hvor fig. 1 viser set fra siden med nogle af delene fjernet en udførelsesform for en højtryksslange og en kobling ifølge opfindelsen, 30 fig. 2 i delvis aksialt snit slangen og koblingen i

DK 166100B

3 et begyndende montagetrin, og fig. 3 i større målestok et tv/ærsnit af det udvidede område med indstøbt armering ifølge opfindelsen.

Fig. 1 viser en forbindelse ifølge opfindelsen, hvor 5 selve slangen er angivet i sin helhed med henvisnings tallet 10. Denne slange 10 omfatter et indvendigt slangelag af en elastomer fluorplast, en armering 14, som består af flere lag tekstilmateriale og er indlagt i eller op ad det indvendige slangelag 12, en beklædning 10 20, hvori der i flere lag er indlagt et højvarmeisole- rende materiale, f.eks. keramiske fibre, samt en mellemliggende armering 16. Denne armering er sammensat af fibre eller seks lag spiralopvundne metaltråde 18, som f.eks. kan være enkelttråde eller wirer, afhængig 15 af de drift forhold, hvortil slangen er fremstillet.

Når arbejdstrykket er 690 bar anvendes en slange med seks lag tekstilindlæg og fire lag metaltrådsarmering.

Denne 690 bars slange trykprøves med 1035 bar, og den har et sprængtryk på 1551 bar. Når arbejdstrykket er 20 1035 bar, har dét vist sig, at en slange med fire lag tekstilindlæg og seks lag trådarmering er tilfredsstillende. Denne 1035 bar slange trykprøves med 1551 bar, og den har et sprængtryk på 2327 bar.

Koblingsforbindelsen omfatter i hovedsagen en ydre kob-25 lignsmuffe 22, og en hermed gevindforbundet koblings pakningsring 24, samt en endeforskruning 26.

Muffen 22 har en indre udboring 28 med varierende tværsnitsdiameter, som øges i hovedsagen fra et minimum ved muffens slangeende 28' til en større, i hovedsagen 30 maksimal udboringsdiameter i en udvidet zone 28" ved forbindelsens koblingsende 30. Ved en foretrukken udførelsesform er det gradvise forløb hen mod koblings

DK 166100B

4 enden af muffens indre udboring keglestub formet. Alternativt kan den indre udboring forløbe i trin, f.eks. med konstant trinvis øgning af diameteren hen mod forbindelsens koblingsende.

5 Koblingspakningsringen 24, som udgør en del af den forbedrede konstruktion ifølge opfindelsen, er gevindforbundet med muffens indre udboring og ligger an mod et stop 32 i muffen. Ued det udvidede område 28" har ringen et i hovedsagen radialt forløbende ringformet bryst 10 34, og en uddrejning 36, som forløber koaksialt med muffens indre udboring, og danner en aksialt forløbende overflade 38. En uddrejning 70 strækker sig udefter fra brystet 34 og forløber koaksialt med muffens indre udboring. Denne uddrejning 70 har en større diameter 15 end uddrejningen 36, men en mindre diameter end muffen 28, som den rager ind i. Ringen 24 kan alternativt være ud i ét med eller på anden måde være forbundet med muffen 22, f.eks. med svejsning eller ved at være udformet som en presset fittings. Vederlaget, som afgrænser ud-20 drejningen 70, har også en radialt forløbende flade 72 og en aksialt forløbende flade 92. Endeforbindelsesstykket 26 kan, som vist, være en forskruning, som kan skrues ind i en anden fittings med et gevind 44, eller fittings, som er passet sammen, kan alternativt samles 25 med en stumpsvejsning. Endeforskruningen 26 er ligele des gevindforbundet med muffen 22's koblingsende, og den har et andet bryst 46 og en ringformet rille 48, som sammen med en nippel 40 på koblingsringen 24 danner et endepakningsområde, som svarer til det, der er 30 beskrevet i det ovenfor nævnte US-patent nr. 2 473 441.

Brystet 46 er anbragt i afstand fra nippelen 40 for at kunne optage en ringformet, halvvulkaniseret, elastomer, V-formet fluorpakningsring 50, som fortrinsvis er en separat ring, som er klæbet eller vulkaniseret 35 sammen med en ikke vulkaniseret elastomer fluordunot-

DK 166100B

5 pakning 74, som igen med et tyndt lag epoxy 90 (for tydeligheds skyld vist større end i virkeligheden) er fastklæbet til det elastomere indvendige fluorplast-slangelag 12 og teksti1 indlægget 14. Mellem et rejfet 5 hjørne på ringen 24 og tekstilindlægslagene 14 er der ved hjælp af en gummiring 69 indrettet en indre tætning. Ende forskruningen 26 er forsynet med et gennemgående hul 47, som har tilnærmelsesvis samme diameter som det indvendige slangelag 12 i højtryksslangen.

10 Når slangekoblingsforbindelsen er i brug, er forskru ningen 26 låset fast til resten af forbindelsen ved hjælp af en eller flere radialt forløbende sætskruer 52, som er skruet ind i åbninger 54 og rager ind i åbninger 56, som er udformet i forbindelsesforskruningen.

15 Som vist, er de enkelte armeringstråde 18 ikke jævnt fordelt i det keglestub formede ringformede rum, som udgøres af mellemrummet mellem den indre udboring 28 og tekstilindlægget 14. Medens trådene i armeringen ved slangeenden 28' (omtrentligt angivet som området 20 A) ligger jævnt fordelt og fortrinsvis relativt tæt sammen (herunder med indbyrdes berøring), ligger trådene 18 i det udvidede område 28" sammen med de tråde, som fra det op mod området A stødende område (i sin helhed angivet som området "B") strækker sig i bagud-25 rettet retning hen mod slangeenden, i hvert fald i stor udstrækning tilfældigt fordelt. Med tilfældig fordeling menes i denne forbindelse, at medens nogle af armeringstrådene rent faktisk kan have indbyrdes berøring, følger fordelingen af trådene og disses indbyrdes afstand 30 i almindelighed ikke et specifikt eller på forhånd fast lagt mønster. Mange af armeringstrådene kan have en forholdsvis stor indbyrdes afstand, og i almindelighed har hovedparten af trådene en væsentlig større indbyrdes afstand end armeringstrådene i området A. Ved en

DK 166100B

6 foretrukken udførelsesform bliver afstanden mellem trådene i området B successivt gradvist større end mod koblingens forskruningsende (det udvidede område 28").

I hvert fald en væsentlig del af trådarmeringen i det 5 inden for området B liggende udvidede område 28" er indstøbt i en ankerindstøbning 58 (vist ikke skraveret), som kan være en termohærdende harpiks, såsom en epoxy med højtrykstyrke. Ved hjælp af denne keglestub formede indstøbningsforandring af armeringsimirerne opnås en 10 meget stor styrke til 'hindring af, at koblingen blæses af. Ved en særlig foretrukken udførelsesform strækker forankringsindstøbningen sig ind i området A, især ind i det ringformede mellemrum 60 mellem det yderste armeringslag og den indre udboring 28.

15 Indføringsåbninger'62 tjener til indsprøjtning af for ankringsmateriale. Overskydende materiale vil flyde ud gennem disse indføringsåbninger 62. Forankringsind-støbningen kan desuden være indlejret i recesser, som er anbragt rundt om det indvendige slangelag, såsom 20 riller 66, som er udformet i muffens indre udboring 28 med henblik på at opnå yderligere -fastholdningsstyr-ke. Sådanne riller kan have en hvilken som helst ønsket udformning, f.eks. være spiralformede eller ringformede, som vist.

25 Ved den i fig. 1 viste udførelsesform ligger trådene i det inderste armeringslag 16a jævnt og tæt sammen gennem begge områder A og B. Ifølge opfindelsen er trådene i de resterende tre armeringslag imidlertid tilfældigt fordelt i området B. Vederlaget, som udgør kob-30 lingsringen 24's forbedring og afgrænser uddrejningen 70, tilvejebringer en forøget forankringsoverflade til sikring af, at koblingen ikke svigter ved høje tryk.

DK 166100B

7

Ved den i fig. 3 viste udførelsesform er alle fire armeringslag 16 (hvoraf det inderste i fig. 2 er angivet med henvisningstallet 16a) tildannet af tråde 18 eller wirer, som har en indbyrdes tilfældig afstand og er 5 indstøbt i indstøbningen 58, og som har en betydeligt større indbyrdes afstand end de tråde, som er anbragt i koblingens slangeende (ikke vist). Som det er tilfældet med de andre ud førelses former ifølge opfindelsen, antages den nævnte tilfældige indbyrdes afstand 10 mellem armeringstrådene at være en væsentlig fordel til opnåelse af, at chanchen for, at koblingen blæses af, bliver reduceret til at minium, idet forskydnings-fladerne (nærmere betegnet forskydnings"konusserne"), som normalt dannes i epoxystøbeformen mellem de sæd-15 vanligvis med ensartet indbyrdes trådafstand liggende rækker armeringslag, herved bliver elimineret. Ved at forøge koblingsringens overfladeareal opnås yderligere ifølge opfindelsen, at muligheden for at trådarme-ringen svigter ved høje tryk, bliver reduceret. Veder-20 laget, som udgøres af overfladerne 72 og 92, danner en yderligere fast forankring nær koblingens forskruningsende, hvorved koblingen sættes i stand til at modstå større indvendige slangetryk. Når vederlaget er forbundet med trådarmeringen, som er forankret i en 25 epoxyindstøbning, opnås en større modstandsstyrke over for indvendigt tryk, end når trådarmeringen blot er forankret i en epoxystøbeform.

Den i fig. 1 viste koblingsforbindelse er fremstillet i overensstemmelse med den nedenfor beskrevne fremgangs-30 måde, som er vist i fig. 2. En ikke vulkaniseret forslange, som omfatter det indre slangelag 12, tekstilindlæggene 14 og metaltrådsarmeringen 16, opbygges til at begynde med på en dorn 76 på i og for sig kendt måde.

Trådene kan f.eks. være snoet i spiralform, lag for 35 lag. Det indre slangelag kan passende være fremstillet

DK 166100B

8 af en elastomer fluorplast, og tekstilindlæggene 14 kan være fremstillet af kalandreret lærred, som for at opnå større friktion er overtrukket med gummi, og som er svøbt rundt om det indre slangelag. Vederlaget, 5 som afgrænser ringen 24's uddrejning 70, sikrer igen tilvejebringelsen af en øget overflade, som reducerer trykket på den inderst liggende trådarmering ved hjælp af en neden for nærmere beskreven fremgangsmåde.

Når, som vist i fig. 2, den i fig. 1 viste koblings-10 og slangeforbindelse skal fremstilles, er det indre slangelag og lærredsindlægget forsat så meget i forhold til trådarmeringen 16, at det indre slangelag og lærredsindlægget ligger i hovedsagen i og i forlængelse af ringen. 24's mod forskruningsenden vendende uddrej-15 ning 38, at det inderste armeringslag 16a støder i det væsentlige op mod brystet 34 i koblingsringens uddrejning 70, og at de resterende armeringslag er placeret i betydelig aksial afstand fra vederlagsbrystet 34 og uddrejningen 70. Sidstnævnte afstand (området B) udgør 20 fra ca. 25-75?ί, fortrinsvis fra 40-60¾ af længden af koblingsmuffens udboring 28. For at hindre, at de enkelte armeringstråde 18 ikke spredes for tidligt, er deres bevægelsesfrihed hindret. Dette finder, som vist i figuren, sted ved, at der i de ønskede fastholdnings-25 områder gøres brug af en relativ fin bindetråd 78, 80 og 82. Ved den i fig. 2 viste udførelsesform, opnås dette ved særskilte ombindinger i trinvise afsnit, dels omkring det første armeringslag 16a i det udvidede område, dels på det med henvisningstallet 82 angivne sted 30 omkring trådene i armeringslagene i området A i den forreste ende af koblingen. Begge disse to ombindinger er beregnet til at være permanente og at skulle forblive i den færdige koblingsforbindelse.

Ud over ombindingerne ved positionerne 78 og 82 er der

DK 166100B

9 med et antal vindinger 80 anbragt en midlertidig ombinding om de tre resterende armeringslag i område B.

Ved en foretrukken udformning af fremgangsmåden lægges de første vindinger eller spiraler 80 omkring ar-5 meringslagene i slangeenden, og dernæst vikles trådene i spiralform gennem området A med ret stor deling og dernæst videre i området B med meget lille deling, som vist på det ved henvisningstallet 80 angivne sted, indtil den forrest liggende vinding 81 er lagt. Fra dette 10 punkt vikles vindingerne tilbage i modsat retning mod armeringens slangeende, og slutter i en trådende 80'.

Når den omviklede og teleskopisk indrettede ende af forslangen er skudt ind i kob1ingsforbindelsen, som består af den ydre muffe 22 og ringen 24, således at 15 det inderste armeringslag 16a støder i hovedsagen op mod brystet 34 og fladen 90, udløses de yderste tre armeringslag i området B ved at trække i bindetrådsenden 80'. Når bindetråden 80' trækkes ud af forbindelsens slangeende, vikles trådvindingerne 80 op lag 20 for lag, indtil ombindingen er helt fjernet, og de en kelte tråde 18 derved er i stand til at sprede sig fra hinanden. Som følge af, at armeringstrådene er fjedrende og elastiske, spredes de og flytter sig hen mod slangens forskruningsende, idet de er spærret inde i det 25 ringformede mellemrum 83, som er afgrænset af muffen 22's indre udboring, det første trådarmeringslag 16a og koblingsringen 24's overflade 92.

Det aktuelle fordelingsmønster for de frigjorte og spredte armeringstråde i det udvidede område kan variere, 30 idet dog det særlige mønster og de indbyrdes mellemrum, som er vist i fig. 1, er repræsentative.

Når armeringstrådene er helt udløst, føres forankrings-materialet, f.eks. epoxyharpiks, ind gennem tre eller fire åbninger (hvoraf en er vist) 62 i tilstrækkelig

DK 166100 B

\ 10 mængde til at indstøbe i hvert fald en større del af de fra hinanden spredte armeringstråde i en forankrings-indstøbning. Den omtrentlige færdiggørelse af denne fyldeproces indikeres af, at fyldematerialet flyder 5 ud gennem åbningerne 62. Enten før eller efter, at den ne opfyldning med epoxy har fundet sted, skrues for-skruningen 26 på plads, som vist i fig. 2, indtil ringen 50 trykker mod koblingsringen 24, det indre slangelag 12's forskruningsende og tekstilindlægget 14. En 10 beklædning 20, som fortrinsvis indeholder keramiske fibre, trækkes dernæst på i og for sig kendt måde over den ydre armering på slangen og en del af koblingsmuffen 22, hvorefter der lægges et varmekrympende vulkaniseringsbånd omkring beklædningen, og den samlede kob-15 lingsforbindelse vulkaniseres i en autoklave under an vendelse af passende temperatur og tryk, således at forbindelsens gummidele vulkaniseres sammen til en enhed.

Den ovenfor beskrevne fremgangsmåde kan også udøves ved at fjerne ringvederlaget 24, efter at epoxyen er 20 ført ind i koblingsmellemrummet og hærdet her, men før hele koblingsforbindelsen er blevet vulkaniseret. I tilfælde af sidstnævnte alternative fremgangmåde anvendes en for en fagmand anden kendt form for endepakning.

Som eksempel på en højtryksslange- og koblingsforbin-25 delse af den ovenfor beskrevne art kan nævnes en kob lingsforbindelse, som i en olieboreplatform anvendes til neddrosling og lukning af et borehul. Denne højtryksslange er indrettet til at kunne modstå et tryk på 1035 bar, og den er blevet prøvet med tryk op til 30 1551 bar. Slangen har en indvendig diameter på 64 mm og en udvendig diameter på 145 mm. Koblingen har en samlet længde på 540 mm og en udvendig diameter på 216 mm, samt en indvendig diameter på 145 mm. I dette tilfælde har den i fig. 1 viste højtryksslange et indre

DK 166100B

11 slangelag 12, som er fremstillet af fluorel, et indregistreret varemærke, som ejes af Minnesota Mining and Manufacturing (3M). Den halvvulkaniserede V-formede pakning 50, og den uvulkaniserede dunotpakning 74 er 5 ligeledes fremstillet af fluorel. En epoxyplast anven des til at klæbe dunotpakningen 74 til det indre slangelag 12 og koblingsringen 24. Den epoxyplast, som anvendes i dette tilfælde, kendes under varemærkebetegnelsen 1838 B/A, og fremstilles af 3M. Pakningerne 74 og 10 50, samt det indre slangelag 12 var alle fremstillet af et elastomert fluorplast med et kønrøgsfyld, som havde både store og små partikler. De store partikler, som blev anvendt, havde en ASTM-angivelse på N-990 og en 12 absorption på 10 mg/g ved anvendelse af ASTM-me-15 toden D-1510. De små partikler, som blev anvendt, hav de en ASTM-angivelse på N-110 og en ^ absorption på 147 mg/g, ved anvendelse af ASTM metoden D-1510. De store partikler tjener til at gøre det indre slangelag mindre gennemtrængelig og særlig vigtigt til at forhin-20 dre, at gasformigt H^S i koncentrationer op til 20¾ angriber epoxyindstøbningen i koblingsforbindelsen og armeringsmaterialerne i højtryksslangen. De små partikler gør pakningen mere stiv og forøger herved pakningens evne til at modstå tryk.

25 Wireren 16 er vundet op ad kobberbeklædte ståltråde med en diameter på 0,7 mm, og wireren selv har en diameter på 3,5 mm.

I dette tilfælde har koblingsringen 24 en første ud-drejning 36 med en diameter på 81,8 mm og en anden ud-30 drejning 70 med en diameter på 99,6 mm. Vederlaget, som indeholder overfladerne 72 og 92, har en udvendig diameter på 127,0 mm.

De ovenfor beskrevne og på tegningen viste udførelses- 12

DK 166100 B

former er kun eksempelvise, og der kan tænkes mange andre udførelsesformer inden for opfindelsens rammer.

Claims (2)

13 DK 166100 B

1. Kobling til en højtryksslange til høje driftstempe raturer, og som er modstanddygtig over for gennemtrængning af og omfatter et slangeafsnit med et indven digt lag; en slangebeklædning (20); en armering, som 3 er anbragt mellem det indvendige lag og beklædningen og består af flere lag metalarmering (18); samt et koblingsafsnit, der omfatter en muffe (22) og en ringformet del (24), hvortil slangeafsnittet er fastgjort, kendetegnet ved, at det indvendige slange-10 lag er fremstillet af en elastomer fluorplast med et første indhold af kønrøgspartikler, som har en relativ lille partikelstørrelse, der giver øget stivhed, og et andet indhold af kønrøgspartikler, som har en relativ stor partikelstørrelse, der giver mindsket permea-15 bilitet.

2. Kobling ifølge krav 1, kendetegnet ved, at partiklerne i det første partikelindhold svarer til ASTM angivelsen N-116, og at partiklerne i det andet partikelindhold svarer til ASTM angivelsen N-990.