JP4302349B2 - スイベル装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、加圧プロセス流体を輸送するスイベル装置に関する。このスイベル装置は、中央ステムと、動的シーリング手段と、軸受手段とを備え、中央ステムには複数のリング部材が配設されており、リング部材は少なくとも二つの吐出リングと複数の支持リングを有しており、各吐出リングは関連する環状部を介して中央ステムの各吐出リングに関連する流路と連通する複数の吐出口を有しており、支持リングの少なくとも１つが中央ステムに対して移動しないように配設されており、動的シーリング手段が、相互に移動可能なリング部材間に配設された環状部に対するシールとなり、軸受手段がリング部材を相互に支持する。
【０００２】
上記したタイプのスイベル装置については、非公開のノルウェー国特許出願第９８１３７９号に記載されている。このスイベル装置は、複数の環状部材を備えており、各環状部材は外側吐出リングといわゆる中間リングとからなり、これらの外側リングと中間リングの間には流体が輸送される環状部が画定される。この中間リングはステムに対して固定され、その両側にはこの中間リングを支持する軸受をなす軸受リングが配設されている。更に、中間リングと各軸受リングとの間には、軸受リングと一体の軸方向の動的シールが設けられている。環状部からの流体に対するシールとなるように、このステムと中間リングとの間に半径方向の静的シールが設けられ、各軸受リングと吐出リングとの間にも半径方向の静的シールが設けられている。後者の静的シールはステムから比較的離れた位置に設けられるが、これは中間リングが軸受手段と前記動的シールの双方を収容することができるように半径方向に十分な寸法を中間リングが有する必要があるためである。この装置では、動的シールが一体化された軸受リングが一箇所にのみ固定或いは支持されるため、異常が生じた際のシール部分のひずみが制限因子となる。
【０００３】
半径方向の静的シールについては、シール付近の温度の勾配や内圧によって生じるひずみや膨張は、スイベル装置に運転制限を与える重要な因子となる。
【０００４】
本発明の主な目的は、流速及び圧力、温度に関するスイベルの運転制限を緩和し得るスイベル装置を提供することである。このようなスイベル装置は、構造及び組み立てが容易となり得、製造コストの抑制にもつながり得る。
【０００５】
本発明の別の目的は、従来の装置に用いられている幾つかの不可欠なシールを排除し、より好適な条件でシールが働くような、動的シールが動作する領域を有するリング部材がより確実に固定或いは支持されたスイベル構造を提供することである。
【０００６】
本発明の更なる目的は、完全に独立した流路を有する多流路スイベルの形成に好適であり、他の流路の取り替えや整備の際中であっても、スイベル装置におけるある流路を介する生産を維持することが可能なスイベル構造を提供することである。
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明に従った第一のスイベル装置を提供する。このスイベル装置では、ステムと吐出リングとの間に、このステムに対して移動しないようにディスタンスリングが配設されている。吐出リングの両側に、ステムに対して移動しないように支持リングが配設され、この支持リングが、ディスタンスリングと、このディスタンスリングから半径方向に離れた位置にあって支持リングと吐出リングとの間に配設されたアキシアル軸受の両方によって軸方向に支持されている。吐出リングと隣り合う各支持リングと吐出リングとの間の動的シーリング手段が、ディスタンスリングとこのアキシアル軸受との間の領域に配設されている。
【０００８】
このスイベル装置の好適な実施の形態では、ディスタンスリングは、ステムに形成された環状部を形成する外周溝及び吐出リングのステムに近接する端面に形成された環状溝と連通した複数の半径方向に延びる孔を有する。更に、軸方向に互いに反対方向を向き、それぞれの関連する支持リングと境をなすリングフランジが、吐出リングの外側端部に形成され、各リングフランジの内側表面とこの支持リングのリングフランジに近接する面部分との間にラジアル軸受が配設されるのが好ましい。
【０００９】
図面から分かるように、本発明の構造の動的シールに接する支持リングが、ディスタンスリング及びアキシアル軸受の両方によって軸方向に支持されているため、シーリング即ちスイベル装置の運転を安全かつ確実にする最も重要な因子の１つであるひずみを小さく抑えることができる。
【００１０】
本発明のスイベル装置では、従来のスイベル装置と比べて個々のリング部材の構造および機能が変更されている。上記したアキシアル軸受及びラジアル軸受を有するシーリング構造は、相対的な運動や摩擦の状態を制御することができる。吐出リングの構造に加えて半径方向の静的シールがこの吐出リングに配設されていないことによって、吐出リングの寸法を圧力及び温度の大きな勾配に伴う速い流速に対応できるようにすることが可能である。
【００１１】
吐出リングのみが中央ステムに対して回転可能であり、その他のリング部材が中央ステムに対して動かないように配設されているため、本発明のスイベル構造の各流路は互いに独立し得る。従って、スイベル装置の流路を個別に使用することができるため、必要に応じて必要な数の流路を使用することができる。他の流路を使用中に、使用していない流路即ち予備流路の圧力を解放し、回転しないようにして、部品の寿命を短くするような不必要な磨耗を避けることができる。これは本発明における大きな利点である。
【００１２】
添付の図面を用いて、以下に本発明を詳細に説明する。
図１に示されているスイベル装置は、幾つかのリング部材が配設された中央コア即ち中央ステム２を有する。図示の例では、リング部材は、、２つの吐出リング３と、２つのディスタンスリング４と、吐出リング３の両側に配設された４つの支持リングである。各ディスタンスリング４は、ステムおよび各ディスタンスリングに対応する吐出リング３との間に配置されている。支持リングは、具体的には２つの中間リング５とこれとほぼ同一の２つの端部リング６である。更に、中央ステム２の下側の支持フランジ９に対してリング部材をあらかじめ負荷が与えられた状態に保つべく、中央ステム２の上部に止めナット７が配設され、その下側には補償ユニット８が配設されている。補償ユニットは、運転中にリング部材が適正な状態にあるようにして、スイベル装置のシール及び軸受が最適の状態で動作するようにする。この補償ユニットについての詳細については、先述の特許出願を参照されたい。
【００１３】
各吐出リング３には、複数の半径方向に延びる孔即ち吐出口１０（１個のみ図示）が形成されており、これらの吐出口１０が環状部１１を介してステム２の対応する流路１２及び１３とそれぞれ連通する。このため、ステム２からの加圧プロセス流体（液体若しくは気体）を図示しない配管（実際には吐出リングに取着される）に輸送するための経路が形成される。図面を見ると分かるように、環状部１１は、中央ステムに設けられた外周リング溝１４からなり、ディスタンスリング４に設けられた複数の半径方向に延びる孔１５（１個のみ図示）を介して、吐出リング３ののステムに近接する端面に設けられたリング溝１６と連通している。
【００１４】
ディスタンスリング４及び支持リング５，６は、中央ステム２に固定され、一方、吐出リング３は前記各リングに対して移動可能である。このようなスイベル装置が海上の船上に取り付けられている場合、吐出リングは船に対しては静止した状態であり、その他のリング及び中央ステムに対しては移動可能である。先述したように、スイベルの流体の経路は個々に独立しているため、幾つかの経路のみを使用し、残りの経路を予備の経路とし、圧力から解放された状態にしてその磨耗を防ぐことができる。
【００１５】
図面に見られるように、ディスタンスリング４は小径のリングであり、関連する支持リング５，６の内側端部を支持する。この支持に加えて、各支持リングは、ディスタンスリング４から半径方向に離れて配設された、この支持リングと近接する吐出リング３との間のアキシアル軸受１７によっても支持される。図示されているように、各吐出リング３の外側端部に、軸方向に互いに反対方向を向き、それぞれが関連する支持リング５，６と境をなすリングフランジ１８及び１９が設けられている。各リングフランジの内側表面とこの支持リング５，６のリングフランジに近接する面部分との間にラジアル軸受２０が設けられている。アキシアル軸受とラジアル軸受の配置によって、運動及び摩擦の状態を抑制することができる。
【００１６】
各吐出リング３と近接するリング５，６との間の動的シール手段２１が、ディスタンスリング４とアキシアル軸受１７と間の半径方向の中間位置に配設されている。図示されているように、このシーリング手段２１は、吐出リング３の上下それぞれの面に形成された別個の環状の溝にそれぞれ配設された３つの部材からなる。シーリング部材は、リップシールからなり得、プロセス流体、或いはこのプロセス流体より圧力の高い好ましくはオイルであるバリヤ液体の何れかによって既知の方式で作動されるように構成されるのが好ましい。
【００１７】
図１では、このようなバリヤ液体を供給するための供給ライン即ち溝２２，２３が吐出リング３に設けられている。先述したように、支持リング５，６が半径方向に離れた２ヶ所で支持されているため、動的シーリング部分の間隙が十分に精密な許容差内に維持されるように制御されうる。また例示した構造では、吐出リング及び支持リングの半径方向の寸法が大きくなくても、目的の数のシーリング部材からなるアセンブリの配設に十分なスペースを確保できる。
【００１８】
動的シーリング部材に接する支持リング５，６の側面には、耐磨耗性を向上させるべく硬質コーティングが施されている。
【００１９】
静的な半径方向のシーリング手段２４が、ステム２と各支持リング５，６の内側のステムに近接する面との間に配設されている。このシーリング手段もまた、動的シーリングに関連して説明したようにバリヤ液体によって作動されるように構成された個別のシーリング部材から形成されるのが好ましい。
動的及び静的シールの構成については、図３及び図４を用いてさらに後述する。
【００２０】
図２は、本発明に従った多経路スイベル型のスイベル装置の実施の形態を示す図である。この装置は、一対のスイベルアセンブリ３０及び３１を具備しており、これらのスイベルアセンブリ３０及び３１は、中央ステム２に設けられた支持フランジ９の上側及び下側にそれぞれ配設されている。上部アセンブリ３０は図１のスイベル装置の実施の形態に対応しており、従って２つの吐出リング３と、関連するディスタンスリング４及び支持リング５，６を有する。一方、本実施の形態の下部アセンブリ３１は、単一の吐出リング３と、吐出リングに関連するディスタンスリング４及び支持リングを具備しており、ここでの支持リングは２つの端部リング６の形態を有する。上部アセンブリ３０のリング部材は、止めナット７及び補償ユニット８によって支持フランジ９に対してあらかじめ負荷が与えられた状態に保持される。一方、下部アセンブリ３１のリング部材は、下側の止めナット３２及び補償ユニット３３によって支持フランジ９に対してあらかじめ負荷が与えられた状態に保持されている。
【００２１】
従って、上部スイベルアセンブリは、２つの流路１２，１３を有し、一方、下部アセンブリは１つの流路３４のみを有する。上記したように流路はそれぞれ独立しているため、操作アーム（図示せず）を操作して１つの流路を使用しないようにして、ステム２の一部として吐出ユニット全体が回転することができる。スイベル装置を２つの独立したアセンブリに分けることによって、支持フランジ即ちショルダー部９の下方のスイベルアセンブリ３１が使用中であっても、ショルダー部９の上方のスイベルアセンブリ３０を整備することが可能である。
【００２２】
本発明のスイベル装置に使用可能な別のシーリング構造の例を図３及び図４に示す。シーリング構造は、関連分野の事情及び運転条件によって選択することができ、場合によっては、要求される事情または操作者の希望で選択することもできる。
【００２３】
図３に示す構成では、動的シーリング手段２１が、３つの個別のシーリング部材、即ち一次シール３８、二次シール３９、および追加二次シールつまり環境シール４０を有する。静的シーリング手段２４もまた、３つの独立したシーリング部材、即ち一次シール４１、二次シール４２、および追加二次シール即ち環境シール４３を有する。図示されているように、動的シール及び静的シールは共に、それぞれチャネル２２及び２３から供給されるバリヤ液体（オイル）によって作動させられる。この実施の形態では、バリヤ液体には異なった２つの圧力を用い、チャネル２２は高圧系の一部であり、チャネル２３は低圧系の一部である。
【００２４】
動的シーリング手段及び静的シーリング手段のそれぞれでは、プロセス流路に最も近接した一次及び二次シール３８，３９及び４１，４２のそれぞれが互いに向き合って配設され、高圧系によって作動させられる。追加二次シールすなわち環境シール４０及び４３はそれぞれ、低圧系によって作動させられる。別法として、バリヤ液体でシールを作動させる方法を選択しないで、低圧バリヤチャネル２３を圧力解放チャネルにして他のシールの漏れ検出に用いることができる。一次動的シール３８に欠陥が生じた場合、二次シール３９がプロセス流体によって作動する。二次シールに欠陥が生じた場合には、二次／環境シール４０が不良となったシールの代わりに機能する。
【００２５】
バリヤ液体系によって初めに作動される静的シーリング手段は、概ね静的な状態で動作する。図示した３つの個別のシーリング部材を有する構成を、動的シールのようにして独立して用いることができる。
【００２６】
図４は、静的シーリング手段２４がプロセス流体によって作動し、動的シーリング手段２１がバリヤ液体によって作動するシーリングの機構を示す図である。
【００２７】
静的シーリング手段２４は、ステム２と支持リング５または６との間に並んで配置された一次シール４４と二次シール４５を有し、プロセス液体の圧力によって作動させられる。更に、一次シールの漏れを検出したり、点線４７で示されている支持リング５及び６のそれぞれに設けられている孔を介してシールを回復させることが可能である。同じ目的で設けられている孔は、図３では点線４６として示されている。
【００２８】
動的シーリング手段２１は、一次シール４８及び二次シール４９、追加二次シールすなわち環境シール５０からなる。この実施の形態においても２つの圧力レベルのバリヤ液体を用いているが、本実施の形態の一次シールは、二次シールを作動させるバリヤ液体より低圧のバリヤ液体によって作動する。従って、一次シールは最大プロセス圧力より高く設定されたチャネル５１のバリヤオイル圧によって作動し、一方、二次シールは互いに対向するように配設され、チャネル５１のオイル圧より高いほぼ１０気圧に保たれたチャネル５２のバリヤオイル圧によって作動する。
【００２９】
その他の様々なシーリング構成が可能であることは明らかであろう。例えば、すべてのシールをプロセス流体で作動させれば、コントロールパネルを伴うバリヤ液体系が不必要となる。動的シーリング手段では、一次シールをスクレーパーリングに代え、そのスクレーパーリングの後に一対の動的シール（一次及び二次）を並べて配設することもできる。更に、各シールの状態を制御するために各シールに検出チャネルを設けることもできるし、検出に代えてそれらのチャネルをシール回復用の注入部として利用することもできる。
【００３０】
これらのシーリング手段に対応する方式で、前述のアキシアル軸受１７及びラジアル軸受２０に代替する軸受による解決手段を用いることが可能である。図５及び図６は、滑り軸受及び転がり軸受（減磨軸受）を用いた別の解決手段を示す図である。また、これらの図面は、動的シール３８及び３９，４０が図３の実施の形態に対応し、静的シール４４及び４５が図４の実施の形態に対応するシーリング構造も示す。
【００３１】
より詳細には、図５はラジアル滑り軸受５３及びアキシアル転がり軸受５４を有する実施の形態を示す図である。この転がり軸受５４は環境シール５０の外側に設けられている。転がり軸受の注油は、外側の注油ニップル（図示せず）から行うことができる。
【００３２】
図５と同様に、図６は滑り軸受５３と転がり軸受５５の組み合わせを示す図である。しかしながら、この実施の形態では、転がり軸受５５がバリヤオイルによって作動されるシール４９とシール５０との間に設けられている。この場合、外側から軸受に注油することはできない。
【００３３】
図５及び図６の別法として、図３及び図４に示されている実施の形態のように滑り軸受のみとすることもできる。この方法が最も単純であり、かつコストを低く抑えることができるが、回転抵抗が増すという欠点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従ったスイベル装置の軸方向の断面図である。
【図２】 一対の互いに独立したスイベルアセンブリを有するスイベル装置の軸方向の断面図である。
【図３】 代替的なシーリング手段を示す図である。
【図４】 図３とは別のシーリング手段を示す図である。
【図５】 代替的な軸受手段を示す図である。
【図６】 図５とは別の軸受手段を示す図である。

Claims (10)

1. 少なくとも１つの加圧プロセス流体を輸送するスイベル装置であって、中央ステム（２）と、動的シーリング手段（２１）と、軸受手段（１７）とを備え、
   前記中央ステム（２）には複数のリング部材（３−６）が配設されており、前記リング部材は少なくとも二つの吐出リング（３）と複数の支持リング（５，６）を有しており、前記各吐出リング（３）は関連する環状部（１４）を介して前記中央ステム（２）の各吐出リングに関連する流路（１２，１３）と連通する複数の吐出口（１０）を有しており、前記支持リング（５，６）の少なくとも１つが前記中央ステム（２）に対して移動しないように配設されており、
   前記動的シーリング手段（２１）が、相互に移動可能なリング部材（３，５，６）間に配設された前記環状部（１４）に対するシールとなり、
   前記軸受手段（１７）が、前記リング部材を相互に支持しており、
   前記ステム（２）と前記各吐出リング（３）との間に、前記ステム（２）に対して移動しないようにディスタンスリング（４）が配設され、前記各吐出リング（３）の両側に、前記ステム（２）に対して移動しないように支持リング（５，６）が配設されることによって、前記各吐出リング（３）がそれぞれ別の組になった支持リング（５，６）を有しており、前記各支持リング（５，６）が対応するディスタンスリング（４）及びアキシアル軸受（１７）の双方によって軸方向に支持されており、前記アキシアル軸受（１７）は前記支持リング（５，６）と吐出リング（３）との間の前記ディスタンスリング（４）から半径方向に離れた位置に配設されており、前記個々の吐出リング（３）と前記吐出リングに近接する各支持リング（５，６）との間の動的シーリング手段（２１）が、前記ディスタンスリング（４）と前記アキシアル軸受（１７）との間の領域に配設されることを特徴とするスイベル装置。
2. 前記ディスタンスリング（４）が、前記ステム（２）に形成された環状部を形成する外周溝（１４）及び前記吐出リング（３）の前記ステムに近接する端面に形成された環状溝（１６）と連通した複数の半径方向に延びる孔（１５）を有することを特徴とする請求項１に記載のスイベル装置。
3. 前記吐出リング（３）の外側の端部に、軸方向に互いに反対方向を向き、それぞれの対応する支持リング（５，６）と境をなすリングフランジ（１８，１９）が設けられ、各リングフランジ（１８，１９）の内側表面と前記支持リング（５，６）の各リングフランジに近接する面部分との間にラジアル軸受（２０）が配設されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスイベル装置。
4. 前記スイベル装置が、二つのアセンブリ（３０，３１）を具備しており、各アセンブリが少なくとも２つの吐出リング（３）からなり、各吐出リング（３）が関連するディスタンスリング（４）及び支持リング（５，６）を有しているとともに、前記中央ステム（２）に形成された半径方向に突き出た支持フランジ（９）の両側にそれぞれ配設されており、止めナット（７，３２）が、前記アセンブリの前記リング部材（３−６）を前記支持フランジ（９）に対してあらかじめ負荷が与えられた状態に保つように、前記ステム（２）の両端部に配設されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のスイベル装置。
5. 静的シーリング手段（２４）が、前記ステム（２）と各支持リング（５，６）の前記ステムに近接する内側表面との間に配設されることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載のスイベル装置。
6. 少なくとも幾つかのシーリング手段（２１，２４）が、プロセス流体によって作動されるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載のスイベル装置。
7. 少なくとも幾つかのシーリング手段（２１，２４）が、前記プロセス流体により高圧のバリヤ液体によって作動されるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載のスイベル装置。
8. 前記動的シーリング手段（２１）のそれぞれが、少なくとも１つの一次シール（３８，４８）及び二次シール（３９，４９）からなり、それらが前記ディスタンスリング（４）と前記アキシアル軸受（１７）との間に並んで配設されることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のスイベル装置。
9. 前記アキシアル軸受が転がり軸受（５４；５５）であり、前記ラジアル軸受が滑り軸受（５３）であることを特徴とする請求項３に記載のスイベル装置。
10. 前記アキシアル軸受（５５）が、半径方向の内側に配置されたシール（４９）と、半径方向の外側に配置されたシール（５０）との間に配設され、前記アキシアル軸受（５５）が、オイルであるバリヤ液体で潤滑されるように構成された転がり軸受であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のスイベル装置。

Images