DK166837B1 - System og fremgangsmaade til etablering af en taetningsforbindelse imellem to aksialt sammenstoedende komponenter i en roerledning - Google Patents

Description

i DK 166837 B1

Den foreliggende opfindelse angår et system til etablering af tætningsforbindelse imellem to aksialt sammenstødende komponenter i en rørledning via en mellemliggende, elastisk eftergivelig metal tætningsring arrangeret i et spor imellem komponenterne, hvor rørledningen er bereg-5 net til at sikres aftætning, såvel under relativt lave som under exceptionelt høje medietryk, og herunder ved særligt høje, intermitterende optrædende medietryk, som bevirker aksi al udstrækning af komponenterne og vil tendere til at åbne samlingen imellem komponenterne, hvor metal -tætningsringen er arrangeret, og hvor metal tætningsri ngen har kilestub-10 formet tværsnit og er udformet med to indbyrdes modstående tætningsflader, som vender imod hver sin af tætningsfladerne i samlingen imellem de to komponenter, og med kilestubbens brede ende vendt imod rørledningens indre, idet tætningsringen er beregnet til at blive underkastet en aksi-al forspændingskraft imellem de to komponenter ved radialt bevægelige 15 spændeorganer, hvor tætningsringens tætningsoverflader og komponenternes tætningsoverflader konvergerer imod hinanden i en retning radialt udad i rørledningen, og hvor sporet til optagelse af tætningsringen i komponenterne er arrangeret radialt inderst ved kilestubbens brede ende.

Løsningen ifølge opfindelsen er først og fremmest beregnet til an-20 vendel se i forbindelse med boring af gas- og oliebrønde. Den er særlig egnet ved tilslutning af forskelligt udstyr til et brøndhoved, f.eks. tilslutning af en afleder eller afblæsningssikring i forbindelse med brøndhovedet, men kan også finde anvendelse ved sammenkobling af andre typer af rørformede eller rørdannende komponenter i en rørledning.

25 Det er særlig aktuelt at anvende opfindelsen i forbindelse med hurtigkoblinger, f.eks. hurtigkoblinger af en type, som fremgår af W0 87/06645 (norsk patentansøgning nr. 861655), hvor et antal (f.eks. ni over omkredsen indbyrdes adskilte) hydrauliske eller pneumatiske cylindre med hver sin tilhørende låsebolt fastspænder en muffedel ved låse-30 spor i en indstikningsdel. Ved denne kendte indretning foreslås anvendt ni låsebolte, men i praksis kan der anvendes et større eller mindre antal af bolte. Det er også muligt i stedet for låsebolte at anvende segmenter, f.eks. segmenter, som hver styres af én eller to hydrauliske eller pneumatiske cylindre. Formålet med segmenterne er at øge anlægsfla-35 den til overføring af forspændingskraften og fordele den så jævnt som muligt over hele omkredsen. I denne sammenhæng kan opfindelsen betragtes som en videreudvikling af løsningen i det kendte skrift. Imidlertid kan løsningen ifølge opfindelsen med fordel også anvendes ved andre typer af DK 166837 B1 2 koblinger, såsom såkaldte navkoblinger ("hub"-koblinger), hvor et hovedparti på to aksi alt sammenstødende komponenter sammenkobles ved hjælp af par af halvcirkulære, kravedannende klemorganer, som klemmes sammen i omkredsretningen ved tværgående bolte. Et andet eksempel på alternativ 5 sammenkobling omfatter API-flanger eller klemmeflanger, som spændes sammen ved hjælp af et antal af 20-24 aksi alt forløbende bolte. I WO 87/06645 foreslås anvendt metal-til-metal tætning.

Under boring af oliebrønde opstår der betydelig statisk vægtbelastning på rørledningen og dennes koblinger, dels ved vægten af selve rør-10 ledningen, og dels ved medietrykket fra foringsmateriale optaget i rørledningen imellem selve rørledningen og borestrengen. Fra tid til anden opstår der pludselige ændringer i medietrykket i rørledningen fremkaldt af tilbageslag eller såkaldte "kick", som opstår, når boret trænger ind i en gaslomme og der sker en momentan trykopbygning. Sådanne tilbageslag 15 kan aflastes i aflederen og/eller afblæsningssikringen, men inden dette sker, kan der blive fremkaldt betydelig aksi al strækbelastning i komponenterne i de forskellige koblinger. Strækbelastningerne kan i visse tilfælde bevirke betydelige problemer, f.eks. ved at der opstår intermitterende åbning af sømmen imellem to aksi alt sammenstødende dele i 20 koblingen og deraf følgende momentan lækage under særligt høje tryk.

Formålet med opfindelsen er ved hjælp af enkle midler at undgå lækage ved sådanne lejlighedsvis optrædende, momentane trykopbygninger.

Der ønskes opnået effektiv kompensering for eventuel åbning af sømmen imellem to aksialt sammenstødende komponenter i koblingen ved en særlig 25 aftætningsmåde imellem komponenterne.

Fra US patentskrift nr. 4 200 312 kendes en løsning, der ligner den indledningsvis angivne. Ved denne kendte løsning er man afhængig af forskellige tætningsarrangementer for at sikre tætning under forskellige driftsforhold. Ved denne kendte løsning kan der heller ikke anvendes en 30 enkelt tætningsring, som det bliver muligt ifølge opfindelsen. Der fremgår heller ikke en tætningsring af samme udformning og med samme virkemåde, som tætningsringen ifølge opfindelsen. Der foreslås heller ikke et materiale til tætningsringen, som kan anvendes i forbindelse med opfindelsen.

35 Systemet ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved, at tætningsringen er fremstillet af højelastisk, rustfrit stål, at tætningsringens tætningsoverflader og komponenternes tætningsoverflader konvergerer ved en vinkel på fra 30°-50°, at sporet til optagelse af tætningsringen i kom- 3 DK 166837 B1 ponenterne er udformet med et kombineret styre- og stoporgan for tætningsringen for at hindre dens forskydning radialt indad i rørledningen i en startposition uden tryk, at sporet radialt udadtil ved den smalleste kileendeflade for tætningsringen er udformet med et radialt ydre ud-5 videl seskammer beregnet til optagelse af en radialt ekspanderet tætningsring, at komponenternes tætningsoverflader, som har noget større longitudinal udstrækning end tætningsringens tætningsoverflader, forløber indad i udvidelseskammeret, og at forspændingskraften stort set er begrænset til en given, kontrolleret spændekraft, som udøves på tæt-10 ningsringen alene på dens tætningsflader.

Ifølge opfindelsen tilvejebringes endvidere en fremgangsmåde til etablering af en tætningsforbindelse imellem to aksi alt sammenstødende komponenter i en rørledning, som arbejder med et medium underkastet høje medietryk, og som intermitterende kan blive udsat for lejlighedsvis op-15 trædende, særligt høje medietryk, som bevirker aksial udstrækning af komponenterne og tendens til aksial åbning af samlingen imellem komponenterne, omfattende anvendelse af en i tværsnit kilestubformet tætningsring af elastisk, eftergiveligt metal udformet med to indbyrdes modstående tætningsoverflader, indsætning af tætningsringen i samlingen 20 imellem komponenterne med de modstående tætningsoverflader vendt imod respektive tætningsflader i samlingen imellem komponenterne, med kilestubbens brede· ende vendt imod rørledningens indre, sammenspænding af komponenterne for at etablere tætning imellem dem, således at komponenterne understøttes i forhold til hinanden i områder radialt uden for 25 tætningsringen, placering af tætningsringen i samlingen imellem komponenterne ved forud at arrangere et mellemrum derimellem, udøvelse derpå imellem komponenterne og direkte på tætningsringen af et givet, mindste forspændingstryk af tilstrækkelig størrelse til at etablere den nødvendige tætningsvirkning imellem komponenterne og til til sidst lukning af 30 mellemrummet derimellem under fiksering af tætningsringen i den indledningsvise tætningsposition imellem komponenterne, således at der kan råde sædvanlige medietryk i rørledningen, idet forspændingskraften er væsentlig mindre end den strækbelastning, der kan forekomme i komponenterne, når der forekommer særligt høje medietryk i rørledningen, 35 Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at der anvendes en tætningsring fremstillet af højelastisk stålmateri ale, at tætningsringens ydre endeoverflade placeres i en vis, radial afstand fra en endevæg i et tilliggende, radialt udadtil tilspidset udvidelseskammer DK 166837 B1 4 placeret radialt uden for tætningsringen, og at der tilvejebringes en forspændingskraft, som er tilstrækkelig høj til, at tætningsringen kan bevæge sig under elastisk deformation og radialt langs med tætningsover-fladerne imellem komponenterne, når der i rørledningen forekommer sær-5 ligt høje medietryk, som overstiger den mindste forspændingskraft.

Ved ifølge opfindelsen at anbringe den højelastiske, ki1estubforme-de tætningsring i forbindelse med ekspansionskammeret i sømmen imellem komponenterne gives der tætningsringen mulighed for, under visse forhold med særligt høje medietryk, at udvide sig radialt i udvidelseskammeret.

10 Dette er aktuelt under forhold, hvor medietrykket bevirker så stærk udstrækning af komponenterne, at sømmen imellem dem åbnes aksi alt, idet den ki1estubformede tætningsring derved kan kile sig radialt udad og kompensere for den aksiale indbyrdes forskydning mellem sømmens tæt-ningsflader.

15 Ved ifølge opfindelsen at forspænde koblingen med en betydelig kraft under montagen kan det sikres, at der opretholdes effektivt tætningsanlæg imellem tætningsringen og rørledningens komponenter i et nedre trykområde, hvor trykspidserne er moderate, dvs. hvor forspændingskraften imellem komponenterne overstiger den strækbelastning, som optræ-20 der momentant imellem komponenterne ved momentane trykmediestigninger. I et øvre trykområde, hvor strækkraften overstiger forspændingskraften, sikres det ved hjælp af forspændingskraften samtidig, at medietrykket straks virker på elasticitetseffekten i tætningsringen, når kraften fra medietrykket overstiger forspændingskraften. Herved kan medietrykket om-25 gående bevirke den ønskede radiale udvidelse af tætningsringen, så snart der bliver behov for det.

Ifølge opfindelsen forspændes tætningsringen med en klemmekraft, som udgør fra 15-30%, og fortrinsvis omkring 20%, af den kraft, som svarer til flydegrænsen for tætningsringens materiale.

30 Ifølge opfindelsen er det af stor betydning, at forspændingskraften er af en bestemt størrelsesorden, dvs. tilstrækkelig stor til at sikre tætning imellem komponenterne, inden de begynder at bevæge sig i forhold til hinanden, men dog ikke større, end det i praksis er nødvendigt. Med andre ord ønskes det, at tætningsringen kan påvirkes på forskellige måde 35 ved forskellige trykmedieområder.

Herved opnås et første nedre trykmedieområde med moderate tryk, hvor forspændingskraften sikrer aftætning ved tætningsringen uden væsentlig elastisk deformation af tætningsringen. Endvidere opnås et ef- 5 DK 166837 B1 terfølgende andet, øvre trykmedieområde med betydeligt tryk, hvor forspændingskraften overvindes og hvor tætningsringens elasticitetsbevægelse kan forløbe frit efter en forudgående trykopbygning. Ved toppen af dette andet, øvre trykområde vil optrædende, exceptionelt høje tryk 5 fremkalde belastninger på tætningsringen, som kan overstige flydegrænsen for materiale i tætningsringen.

Fra US patentskrift nr. 1 821 863 (fra 1931) kendes en elastisk metaltætningsring beregnet til at etablere aftætning med høj elasticitet.

Der er ikke angivet nogen konkret metaltype eller metalliske egenskaber.

10 I forbindelse med opfindelsen er det af afgørende betydning at anvende metal med en bestemt hårdhedsgrad, som har en høj flydegrænse og samtidig en særlig høj elasticitet.

Ifølge opfindelsen er der opnået gunstige resultater ved fremstilling af tætningsringen af ASSI 410 rustfrit stål. Andre typer af høj-15 elastiske, rustfrie stål kan dog også anvendes.

Ifølge opfindelsen foretrækkes det at fremstille tætningsringen af ASSI 410 rustfrit stål, der som udgangspunkt har en hårdhedsgrad på 24 Rockwell, og som varmebehandles ved temperaturer på imellem 1000eC (960°C) og ca. 500°C (600°C) under opretholdelse af materialets oprinde-20 lige flydegrænse, samtidig med at materialets hårdhedsgrad ændres til mellem 18 og 20 Rockwell.

Herved kan det sikres, at der opnås høj elasticitet og høj flydegrænse samtidig med en hårdhedsgrad, som er hensigtsmæssig og egnet til formålet. Herved opnås en tætningsring med relativ stor egenstivhed. En 25 sådan tætningsring vil være særlig egnet til momentant optrædende, radialt virkende, elastiske udvidelsesbevægelser, hvor tætningsringen har evne til tilbagevenden til udgangspunktet, selv ved lejlighedsvis optrædende, særligt høje medietryk, som ellers kunne have bevirket overskridelse af materialets flydegrænse. I det tilfælde, at trykkene i rørled-30 ningen bevirker, at materialets flydegrænse overskrides, er tætningsringen uanvendelig til yderligere aftætning, når det høje tryk igen aftager til et mere normalt driftstryk.

Yderligere træk ved opfindelsen vil fremgå af den følgende beskrivelse under henvisning til den ledsagende tegning, hvorpå: fig. 1 viser en tætningsforbindelse ifølge opfindelsen i vertikalt snit med et låseorgan i aktiv 1 åsesti 11ing, fig. 2 viser det samme som fig. 1, men med låseorganet i ikke-aktiv 35 DK 166837 B1 6 stilling, fig. 3 viser skematisk et vertikalt snit af en tætningsring ifølge opfindelsen under normale driftsforhold, fig. 4 viser et snit svarende til fig. 3, hvor tætningsringen vises 5 under forhold, hvor der optræder særligt høje medietryk, og fig. 5 og 6 viser udsnit af tætningsforbindelsen fra fig. 1 i to forskellige vertikale snit, idet fig. 5 viser en første detalje ved tætningsforbindelsen, og fig. 6 viser en anden detalje ved tætningsforbindelsen.

10 I fig. 1 vises en hurtigkoblingsforbindelse imellem to rørdannende komponenter 10 og 11, som indgår i hver sin rørledningssektion, rørventil eller lignende rørformet udstyr i en rørledning til brug ved brønd-boreoperationer i forbindelse med gas- eller olieforekomster.

15 Komponenterne 10 og 11 er ved indbyrdes modsatte ender udrustet med koblingspartier 12 hhv. 13 af typen navforbindelse ("hub"-forbindel se), som samvirker med modsvarende koblingsparter 14 hhv. 15 (vist med stiplet streg) i hver sin tilstødende rørledningssektion. Imellem koblingspartierne 12,14 hhv. imellem koblingspartierne 13,15 er der et stykke 20 radialt inden for rørledningens inderflade 16 vist modstående udsparinger 17,18 til optagelse af hver sin tætningsring 19 af en i og for sig kendt udførelse. Ved hjælp af to kravedannende, halvringformede spænde-organer (vist med stiplet streg) kan koblingsparterne 12,14 hhv. 13,15 sammenlåses i mere eller mindre permanente forbindelser ved tværgående 25 bolte (ikke nærmere vist).

Alternativt kan der til den nævnte mere eller mindre permanente forbindelse anvendes en anden type koblingsforbindelse, eksempelvis en klemmeflangekobling med tilhørende række af aksi alt forløbende fastgø-ringsbolte.

30 I modsætning til de nævnte mere eller mindre permanente forbindelser skal komponenterne 10 og 11 indgå i en hurtigkoblingsforbindelse eller lynkoblingsforbindelse, dvs. en forbindelse, som er indrettet til at blive lukket og åbnet meget hyppigere end de nævnte mere eller mindre permanente forbindelser. Den ene komponent 10 i hurtigkoblingsforbin-35 del sen er udrustet med en muffeparti 20, som samvirker med et indstikningsparti 21 på den anden komponent 11 i hurtigkoblingsforbindelsen.

Muffepartiet 20 er udrustet med en indvendig udsparing 20a, som ak-sialt yderst er udrustet med en konisk tilspidset, første, indvendig 7 DK 166837 B1 ledeflade 22. Ledefladen 22 går direkte over i en cylindrisk, aksi alt forløbende, indvendig støtteflade 23, som fortsætter i en konisk tilspidset, anden, indvendig ledeflade 24. Aksialt inderst går ledefladen 24 over i en radialt forløbende, indvendig støtteflade 25, som danner en 5 vital indersamleflade for komponenten 20.

Indstikningspartiet 21 er udrustet med modsvarende udvendige ledeflader 22a og 24a samt modsvarende udvendige støtteflader 23a 25a, således at komponenterne 10,11 i fuldt sammenskudt tilstand slutter forholdsvis tæt sammen, såvel radialt som aksialt.

10 Nedenfor skal der beskrives en særlig hurtigkobling til komponen terne 10 og 11.

I muffepartiet 20 er der med passende omkredsmæssig afstand indsat et antal (f.eks. ni) låseorganer 26 i hver sin radialt forløbende boring 27. Låseorganet 26 er udrustet med et i forhold til rørledningen radialt 15 inderste, cylindrisk skaftparti 28, med et radialt inderste rigelparti 29. Rigel parti et 29 er udrustet med en i forhold til skaftpartiets 28 cylindriske omkredsflade lokalt aftrappet, tværgående låseflade 30, som forløber lidt skråt indad i forhold til et radialplan igennem skaftpartiets 28 centerakse 28a. Låsefladen 30 er lokaliseret til det øverste 20 (som vist i fig. 1 og 2) afsnit af rigelpartiet 29, idet rigelpartiets 29 nederste afsnit er udformet med en cylindrisk omkreds ligesom låseorganet 26 i øvrigt. Låseorganet 26 er i den modsatte ende udrustet med et i forhold til rørledningen radialt ydre stempel 31, som er bevægeligt i en boring 32. Et dæksel 33 optaget i en ydre boring 34 i muffepartiet 20 25 afgrænser sammen med stemplet 31 et første arbejdskammer 35 i boringen 32, idet der er etableret et modstående andet arbejdskammer 36 i boringen 32 imellem stemplet 31 og boringens 32 indervæg 37. Der er vist en første pakning 38 i stemplet 31 og en anden pakning 39 i boringen 27 til aftætning af det andet arbejdskammer. Igennem dækslet 33 og igennem ar-30 bejdskammeret 35 og indad i en boring 40 i låseorganet forløber der en styrestang 41 omsluttet af en skruefjeder 42. Som vist i fig. 2 indikerer styrestangen 41 i udskudt tilstand, at låseorganet indtager sin tilbagetrukne, ikke-aktive stilling. Styrestangen 41 er ved den frie ende udrustet med en fastgøringstap 43 optaget i en fastgøring eller et fæste 35 44 i låseorganet 26. Låseorganet er i fig. 1 vist i aktiv låsesti 11ing.

For at indstille låseorganet på den aktive låsestilling tilføres der trykluft (eller olie under tryk) til arbejdskammeret 35 igennem en første styrekanal 45, mens trykket aflastes i arbejdskammeret 36 igennem en DK 166837 B1 8 anden styrekanal 46. Kanalerne 45 og 46 står i forbindelse med hver sin kanal 47 hhv. 48 i et tilslutningsstykke 49 fastgjort til komponentens 10 muffeparti 20 ved fastgøringsskruer 50 (der er kun vist én i figuren). Kanalerne 47 og 48 står i forbindelse med respektive kanaler 45 og 5 46 for hvert af låseorganerne 26, så disse kan bevæges i takt med hinan den fra og til låsestilling (vist i fig. 1) til og fra ikke-aktiv, tilbagetrukket stilling (vist i fig. 2) ved hjælp af et enkelt trykpåvirkningsorgan hhv. ved omstilling af trykket i kanalerne 47 og 48. Dækslet 33 er fastgjort med et antal fastgøringsskruer (ikke vist) direkte til 10 muffepartiet 20 på komponenten 10 og er ved hjælp af en excentrisk placeret styrepind 51 forbundet med en excentrisk arrangeret boring 52 i stemplet 31. Ved hjælp af skruefjederen 42 kan det sikres, at låseorganet 26 holdes på plads i låseindgrebsstilling, selv om trykket af en eller anden grund skulle blive aflastet fra låseorganets 26 stempel 31.

15 Tilsvarende vil skruefjederen 42 blive komprimeret og opladet ved pneumatisk eller hydraulisk omstilling af låseorganet fra aktiv låsestilling til ikke-aktiv hvilestilling.

Indstikningspartiet 21 er udrustet med et ringformet spor 53 indrettet til at optage låseorganernes 26 rigel parti 29 på vilkårlige ste-20 der langs med sporet 53. Sporet 53 er som vist i fig. 1 og 2 udformet med en radialt forløbende første sideflade 54, en aksialt forløbende bundflade 55 og en anden sideflade 56, som forløber parallelt med låsefladen 30 på låseorganets 26 rigel parti 29. Låseorganets 26 skråflade 30 har en vinkel, som ligger inden for selvspærreprincippet, dvs. den har 25 en vinkel w på højst 8°, og fortrinsvis af størrelsesordenen 3°-6°. Anlægget imellem rigelpartiet 29 og sporet 53 skal fortrinsvis kun ske over de indbyrdes parallelle flader 30 og 56, idet de øvrige flader på rigel partiet og sporet 53 ikke er i berøring med hinanden. Herved kan forspændingskraften overføres på kontrolleret måde fra rigelpartiets 29 30 flade 30 til sporets 53 flade 56. Af fig.. 1 og 2 fremgår det, at rigelpartiet 29 på selvstyrende måde kan ledes på plads ved styring af låsefladen 30 langs med sporets 53 sideflade 56, indtil låseorganets cylindriske flade støder an imod sporets modsatte sideflade 54. I stillingen vist i fig. 1 er låseorganerne 26 skudt på plads i sporet 53 med en nøje 35 afpasset trykspænding, som presser komponenterne 10 og 11 indbyrdes aksialt sammen med en trykkraft på f.eks. 94 tons tværs over en mellemliggende tætningsring 59.

I sømmen imellem muffepartiet 20 og indstikningspartiet 21 er der DK 166837 B1 g udformet modstående udsparinger 57 og 58, som i et fælles, trekantet hulrum optager den mellemliggende tætningsring i form af en kilestubfor-met tætningsring 59. Ifølge opfindelsen anvendes en højelastisk tætningsring af rustfrit stål, nærmere bestemt af et materiale af typen 5 ASSI 410. Tætningsringen er certificeret til DIN 50049.3.1G. Som udgangspunkt har tætningsringen, når den er smedet, en hårdhedsgrad på 24 Rockwell, men ved at underkaste den en særlig varmebehandling bibringes den en hårdhedsgrad på mindst 18 og maksimalt 20 Rockwell for at sikre ringen passende tætningsegenskaber og en passende stivhed til formålet.

10 Den særlige varmebehandling sikrer, at der opnås en ønsket hårdhedsgrad, samtidig med at den ønskede høje flydegrænse og de ønskede højelastiske egenskaber bevares. Ved f.eks. en tætningsring med en inderdiameter på 18" (45,7 cm) er den smedede tætningsring varmebehandlet ved bestemte temperaturer over et fastlagt tidsrum, og derefter er der foretaget af-15 køling under bestemte tidsrum (som foreskrevet af leverandøren Firth Rixson pi c, Woodhouse & Rixson Works, Bessemer Road Sheffield S93Xs, Storbritannien). Varmebehandlingen af tætningsringen er mere præcist foretaget ved en temperatur på 960eC med køling (bratkøling) i oliebade i tre timer. Derefter er tætningsringen luftkølet ved en temperatur på 20 700°C i otte timer og derefter luftkølet ved en temperatur på 660°C over seks timer. Hvad angår varmebehandling og efterfølgende afkøling af tætningsringe med større eller mindre diameter, anvendes de samme temperaturer, men andre tidsrum, afhængigt af godsmængden i tætningsringen i det enkelte tilfælde. I praksis kan dog også andre typer højelastiske 25 tætningsringe af rustfrit stål anvendes (uden at angive konkrete udførelseseksempler herpå), selv om den ovennævnte type, der har særlig høj elasticitet, og som kan bearbejdes ekstra til helt specielle fysiske egenskaber, foretrækkes.

Udsparingerne 57 og 58 er udformet lige ved rørledningens inderfla-30 de, således at tætningsringens 59 ene største endeflade 60 under normale driftsforhold flugter med rørledningen inderflade 16.

I fig. 3 og 4 er der skematisk anskuel iggjort et princip for tætningsringens 59 virkemåde. Tætningsringen 59 vises med en største flade i form af den nævnte ene endeflade 60 og en mindste flade i form af en 35 modsat liggende endeflade 61. Imellem fladerne 60 og 61 løber der to mod hinanden konvergerende tætningsflader 62 og 63, som i det viste udførelseseksempel forløber under en vinkel v på omkring 20* i forhold til den radiale samleflade imellem komponenterne 10 og 11. Vinklen kan alterna- DK 166837 B1 10 tivt være af størrelsesordenen 150-25°. Højden på endefladen 61 svarer stort set til afstanden b imellem fladerne 60 og 61. Herved opnås der ved hjælp af et tilnærmelsesvis kvadratisk tværsnitsareal (afgrænset inden for de stiplede linier 62a,63a) relativ stor formstabilitet og mini-5 mal, lokal deformation i tætningsringen under forskellige optrædende medietryk i rørledningen. Udsparingernes 57 og 58 tætningsflader 64 og 65, som forløber parallelt med tætningsringens 59 tætningsflader 62,63, har noget større udstrækning (f.eks. 3-4 mm større længde) i forhold til sømmens radiale udstrækning end tætningsfladerne 62 og 63. Følgelig er 10 der radialt uden for tætningsringen dannet et ydre udvidelseskammer 66, hvori tætningsringen kan optages under elastisk deformation.

I fig. 3 anskueliggøres tætningsringens 59 placering i samlesømmen imellem komponenterne 10 og 11 under normale medietryk i rørledningen. Komponenterne 10,11 indgår i det vist udførelseseksempel i en rørledning 15 med indvendig diameter på 77 cm (30,5"). Sædvanlige, aktuelle rørdiametre til det det aktuelle formål er normalt i størrelsesområdet 6-78 cm (2"-31"), men det kan også være aktuelt med såvel mindre som større rørdiametre, hvis dette måtte vise sig påkrævet.

I fig. 3 antydes med vektorpile 67 moderate medietryk på f.eks. op 20 til 14 kp/cm2 (200 psi) under normale driftsforhold for en rørledning med 77 cm indvendig diameter. Der anvendes en forspændingskraft som antydet ved vektorpile 68 imellem komponenterne 10 og 11 tværs over tætningsringen 59 på f.eks. 42 kp/cm2 (600 psi) og tilsvarende et samlet tryk imellem komponenterne på omtrent 30 tons ved en rørledning med ind-25 vendig diameter på 77 cm. Under normale driftsforhold med medietryk på op til 14 kp/cm2, og selv ved relativt høje medietryk op imod 42 kp/cm2, vil forspændingskraften som vist med vektorpilene 69 kunne opretholde et effektivt tætningstryk imellem komponenterne 10,11 og tætningsringen 59, uden at der fremkaldes elastisk deformation i tætningsringen.

30 Ved særligt høje, intermitterende optrædende medietryk i rørlednin gen, dvs. medietryk, som overstiger forspændingsbelastningen (ca. 30 tons) imellem komponenterne 10,11, men som ikke overstiger elasticitetsgrænsen for materialet i tætningsringen, bliver rørledningen underkastet momentane, aksiale strækbelastninger inden for tætningsmaterialets ela-35 sticitetsgrænse. Det særligt høje medietryk er i fig. 4 vist ved vektorpile 70 imod tætningsringens 59 radialt inderste endeflade 60, mens den ledsagende, aksiale strækkraft er antydet ved vektorpile 71 og f.eks. kan være af størrelsesordenen 470 tons. Resultatet er, at delene inter- DK 166837 B1 π mitterende kan blive trukket fra hinanden set tværs over sømmen imellem komponenternes radiale støtteflader over en afstand på f.eks. 1,4 mm.

Ifølge opfindelsen opnås ved hjælp af det højelastiske materiale i tætningsringen, at den ved det høje medietryk i rørledningen kan udstræk-5 kes, f.eks. 2 mm, i radial retning. Den nævnte radiale udstrækning sker ved det optrædende medietryk, som virker mod tætningsringens radialt inderste flade 60. Tætningsringens radiale udstrækning sker samtidig med, at tætningsringens tætningsflader 62,63 glider en tilsvarende strækning hen over komponenternes 10,11 tætningsflader 64,65 til den i fig. 4 vi -10 ste stilling. Tætningsfladerne 62,63 forløber herved kileformet indad imellem modsvarende og indbyrdes konvergerende tætningsflader 64,65 i komponenterne 10,11 og udfylder mellemrummet imellem tætningsfladerne 62,64 og 63,65, efterhånden som tætningsfladerne 64,65 trækkes aksialt bort fra hinanden.

15 Som følge af tætningsringens indbyggede elasticitet vil den vende tilbage fra den i fig. 4 viste til den i fig. 3 viste stilling, så snart medietrykket i rørledningen falder til det normale driftstryk. Dette indebærer, at komponenterne 10,11 aflastes for de optrædende, store aksi-alkræfter og på ny støder sammen langs indbyrdes tilstødende tætnings-20 flader, mens tætningsringen vender tilbage til udgangsstillingen i fuldt driftsklar stand og med den oprindelige forspændingskraft imellem komponenterne 10,11 intakt.

Dersom den intermitterende optrædende spidsbelastning i et exceptionelt tilfælde væsentligt måtte overskride den ovenfor omtale spidsbe-25 lastning på 450 tons, f.eks. stigende til en spidsbelastning på 600 tons eller mere, kommer man op i det område, hvor belastningen på tætningsringen er over materialets flydegrænse. I et sådan tilfælde kan tætningsringen blive spændt maksimalt udad i udsparingerne 57 og 58 og fuldstændigt udfylde hulrummet 56 radialt uden for tætningsringen 59. I 30 stedet for at opnå elastisk tilbagevenden af tætningsmaterialet til udgangsstillingen, når medietrykket på ny falder til det normale medietryk, vil materialets elastiske egenskaber da være forsvundet i større eller mindre grad, således at tætningsringen bagefter bliver uanvendelig til formålet og må udskiftes. I et sådant tilfælde er det en fordel, at 35 forbindelsen imellem komponenterne 10 og 11 er etableret i form af en hurtigkobling.

Selv om der her kun er vist løsningen i forbindelse med en hurtigkobling, forstås det, at den også kan anvendes i forbindelse med andre 12 DK 166837 B1 koblinger, f.eks. i forbindelse med de viste navkoblinger eller i forbindelse med andre koblinger, såsom sædvanlige flangekoblinger med en tilhørende række af monteringsbolte. Det vil således også være muligt at benytte det tætningsprincip, der er vist i forbindelse med hurtigkoblin-5 gen, ved de andre viste, mere eller mindre permanente koblinger. Det vil også være muligt at udforme sådanne alternative koblinger med forspændingskraft svarende til den ovenfor nævnte. I sådanne tilfælde anvendes en kilestubformet tætningsring af højelastisk, eftergiveligt, rustfrit stål i samlingen imellem de aksialt sammenstødende dele og da med en be-10 vægel sesmulighed for tætningsringen radialt indad i et udvidelseskammer placeret radialt lige uden for tætningsringen. Eventuelt kan det også i sådanne tilfælde sikres, at tætningsringens radialt inderste flade forløber i flugt med rørledningens tilsvarende inderflade, inden der foretages forspænding imellem komponenterne, svarende til det ovenfor for-15 klarede.

For at sikre, at tætningsringens radialt inderste flade altid automatisk flugter med rørledningens inderflade, kan tætningsringen som vist i fig. 5 forsynes med en ringformet, stopdannende udsparing 75 ved tætningsringens ene indvendige kantparti, og komponenten 11 kan udformes 20 med en modsvarende, ringformet stopflange 76 ved komponentens 11 modsvarende, indvendige, øvre kantparti.

For at sikre at tætningsringen 59 holdes sikkert på plads på komponenten 11 under montage og demontage af komponenten 10 i indgreb med komponenten 11, er der f.eks. med 120° indbyrdes mellemrum fastgjort tre 25 låsedele 77 (der er kun vist én i fig. 6) til komponenten 11 til fastholdelse af tætningsringen 59 i den ønskede nøjagtige position på komponenten 11. Låsedelen 77 er optaget i en udsparing 78 i komponenten 11 radialt lige uden for hulrummet 66 og rager med en låseflig 79 radialt indad i et ringspor 80 langs tætningsdelens 59 omkreds. Ringsporet 80, 30 som rager radialt indad i tætningsdelen 59 har tilstrækkelig dybde til at kunne fastholde tætningsringen aksialt på komponenten 11, samtidig med at tætningsringen kan bevæge sig radialt imellem stillingerne som vist i fig. 3 og 4.

Claims (10)

13 DK 166837 B1

1. System til etablering af tætningsforbindelse imellem to aksi alt sammenstødende komponenter (10,11) i en rørledning via en mellemliggen-5 de, elastisk eftergivelig metal tætningsring (59) arrangeret i et spor imellem komponenterne, hvor rørledningen er beregnet til at sikres af-tætning, såvel under relativt lave som under exceptionelt høje medietryk, og herunder ved særligt høje, intermitterende optrædende medietryk, som bevirker aksi al udstrækning af komponenterne og vil tendere 10 til at åbne samlingen imellem komponenterne, hvor metal tætningsringen er arrangeret, og hvor metal tætningsringen har kilestubformet tværsnit og er udformet med to indbyrdes modstående tætningsflader (62,63), som vender imod hver sin af tætningsfladerne (64,65) i samlingen imellem de to komponenter (10,11), og med kilestubbens brede ende (60) vendt imod rør-15 ledningens indre, idet tætningsringen (59) er beregnet til at blive underkastet en aksial forspændingskraft imellem de to komponenter (10,11) ved radialt bevægelige spændeorganer (26), hvor tætningsringens tætningsoverflader og komponenternes (10,11) tætningsoverflader (64,65) konvergerer imod hinanden i en retning radialt udad i rørledningen, og 20 hvor sporet til optagelse af tætningsringen i komponenterne (10,11) er arrangeret radialt inderst ved kilestubbens brede ende (60), KENDETEGNET ved, at tætningsringen er fremstillet af højelastisk, rustfrit stål, at tætningsringens (59) tætningsoverflader (62,63) og komponenter-25 nes (10,11) tætningsoverflader (64,65) konvergerer ved en vinkel (2v) på fra 30°-50°, at sporet til optagelse af tætningsringen i komponenterne (10,11) er udformet med et kombineret styre- og stoporgan (76) for tætningsringen for at hindre dens forskydning radialt indad i rørledningen i en 30 startposition uden tryk, at sporet radialt udadtil ved den smalleste kileendeflade (61) for tætningsringen er udformet med et radialt ydre udvidelseskammer (66) beregnet til optagelse af en radialt ekspanderet tætningsring, at komponenternes (10,11) tætningsoverflader (64,65), som har noget 35 større longitudinal udstrækning end tætningsringens tætningsoverflader, forløber indad i udvidelseskammeret (66), og at forspændingskraften stort set er begrænset til en given, kontrolleret spændekraft, som udøves på tætningsringen alene på dens tætningsflader. 14 DK 166837 B1

2. System ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at spændekraften udgør fra 15-30% og fortrinsvis omtrent 20% af den kraft, som svarer til flyde-grænsen for materialet i tætningsringen. 5

3. System ifølge krav 1 eller 2, KENDETEGNET ved, at tætningsringen er fremstillet af ASSI 410 rustfrit stål, som er varmebehandlet.

4. System ifølge krav 3, KENDETEGNET ved, at stålet, der som udgangs-10 punkt har en hårdhed på 24 Rockwell, er varmebehandlet i et temperaturområde imellem ca. 950°-600eC til en hårdhed på mellem 18 og 20 Rockwell under opretholdelse af flydegrænsen for ASSI 410 stålet.

5. System ifølge ethvert af de foranstående krav, KENDETEGNET ved, at 15 kilestubben har en bred ende (60) med noget større længdeudstrækning og en smal ende (61), fortrinsvis med noget mindre længdeudstrækning end længdeudstrækningen for tætningsringens tilsvarende tætningsendeflade (62,63).

6. System ifølge ethvert af de foranstående krav, KENDETEGNET ved, at tætningsringen (59) ved den radialt inderste flade (60) ved sin ene omkredskant er udformet med en radialt aftrappet udsparing (75), som svarer til et modsvarende, radialt aftrappet skulderparti (76) ved den ene komponents (11) tætningsflade (65) lige ved rørledningens inderside. 25

7. System ifølge ethvert af de foranstående krav, KENDETEGNET ved, at tætningsringens radialt yderste flade (61) er udformet med et radialt spor eller et sæt af radiale spor til optagelse af et sæt af klemmedele (77) til fastgørelse af tætningsringen aksialt i forhold til den ene 30 komponent (11), idet tætningsringen er radialt bevægelig i begrænset grad i forhold til klemmedelene (77). 1 System ifølge ethvert af de foranstående krav, KENDETEGNET ved, at spændeorganerne består af en ringformet række af spændeorganer i et an- 35 tal på omtrent ni spændeorganer (26), som hver for sig belastes i radial retning med et trykmedium fra en fælles trykmediekilde med et bestemt tryk, så der tilvejebringes et samlet tryk af størrelsesordenen 20 tons. 15 DK 166837 B1

9. Fremgangsmåde til etablering af tætningsforbindelse imellem to ak-sialt sammenstødende komponenter (10,11) i en rørledning, som arbejder med et medium underkastet høje medietryk, og som intermitterende kan blive udsat for lejlighedsvis optrædende, særligt høje medietryk, som 5 bevirker aksial udstrækning af komponenterne og tendens til aksial åbning af samlingen imellem komponenterne, omfattende anvendelse af en i tværsnit kilestubformet tætningsring af elastisk, eftergiveligt metal udformet med to indbyrdes modstående tætningsoverflader (62,63), indsætning af tætningsringen i samlingen imellem komponenterne med de modstå-10 ende tætningsoverflader vendt imod respektive tætningsflader (64,65) i samlingen imellem komponenterne, med kilestubbens brede ende (60) vendt imod rørledningens indre, sammenspænding af komponenterne for at etablere tætning imellem dem, således at komponenterne understøttes i forhold til hinanden i områder radialt uden for tætningsringen, placering af 15 tætningsringen (59) i samlingen imellem komponenterne (10,11) ved forud at arrangere et mellemrum derimellem, udøvelse derpå imellem komponenterne (10,11) og direkte på tætningsringen af et givet, mindste forspændingstryk af tilstrækkelig størrelse til at etablere den nødvendige tætningsvirkning imellem komponenterne og til til sidst lukning af mellem-20 rummet derimellem under fiksering af tætningsringen i den indledningsvise tætningsposition imellem komponenterne, således at der kan råde sædvanlige medietryk i rørledningen, idet forspændingskraften er væsentlig mindre end den strækbelastning, der kan forekomme i komponenterne, når der forekommer særligt høje medietryk i rørledningen, KENDETEGNET ved, 25 at der anvendes en tætningsring fremstillet af højelastisk stålmateriale, at tætningsringens ydre endeoverflade (61) placeres i en vis, radial afstand fra en endevæg i et tilliggende, radialt udadtil tilspidset udvidelseskammer (66) placeret radialt uden for tætningsringen, og 30 at der tilvejebringes en forspændingskraft, som er tilstrækkelig høj til, at tætningsringen kan bevæge sig under elastisk deformation og radialt langs med tætningsoverfladerne (64,65) imellem komponenterne (10,11), når der i rørledningen forekommer særligt høje medietryk, som overstiger den mindste forspændingskraft. 35 16 DK 166837 B1

10. Fremgangsmåde ifølge krav 9, KENDETEGNET ved, at taetningsringen er fremstillet af ASSI 410 rustfrit stål, der som udgangspunkt har en hårdhed på 24 Rockwell, og som er varmebehandlet ved temperaturer på imellem ca. 1000°C, fortrinsvis 960eC, og ca. 500eC, fortrinsvis 600eC, under 5 opretholdelse af materialets oprindelige flydegrænse og under ændring af materialets hårdhed til mellem 18 og 20 Rockwell.