JPS5847557B2 - ライザパイプの継手構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、海底石油、ガスの採堀、生産等に使用するた
め、海上と海底とを結ぶ複数のライザパイプの継手構造
に係り、特に極めて小型軽量化が可能で、繰返し受ける
曲げや引張り応力に対する耐久性が良く、しかも短時間
に確実に連結することが可能な信頼性の高い継手構造に
関するものである。

海洋石油開発等の分野において、海底の坑口等ト堀削船
、支援船、プラットホーム等の海上施設とを結ぶために
、複数本連結して使用するパイプを一般にライザと呼び
、使用目的に応じて、マリンライザ、コンブリーション
ライザ、プロダクションライザ、リエントリライザ等が
ある。

このようなライザは、波浪、海流等の厳しい気象、海象
条件に曝され、特に極めて高次の繰り返し曲げ応力を受
けるため、継手部分の強度が問題とされる。

又コンプリーションライザやりエントリライザの様に、
多くの坑口の保守、点検等に繰り返し使用されるものの
場合には、その連結、切離操作を数１０秒という短時間
に行わねばならず、操作性が決め手である。

更に同ライザは、坑口に設けた防噴装置（ＢＯＰ）の間
を通してチュービングの設置等を行う必要があり、その
外径の小型化が要求される。

このようなライザパイプの継手構造としては、犬別して
第１図乃至第３図に示すような構造が考えられる。

第１図に示す構造では、ライザパイプＲ１，Ｒ２ の継
手部分が重複しているので、上記したように外径が制御
され、且つ多数の内装管を収納するために内径を大きく
する必要のあるライザパイプの継手構造としては、継手
部分の肉厚が薄くなるため得策ではない。

第２図、第３図に示した構造ではこのような問題点がな
いが、実際上第３図に示したような構造で着脱の操作性
、小型化等を図ることが容易でない。

第３図示の一例として、例えばフランジ構造等が考えら
れるが、この場合の外径が大きくなる■着脱が容易でな
い等の不都合があり、実用性に乏しい。

又第３図示に該当する形式は他にも種々考えられるが、
いずれも上記小型化、操作性に問題があり、これらを克
服した形式では、強度が不十分になる等、満足すべき構
造が得られていない。

本発明はこのような点に鑑み、基本的には第２図に示す
ように、内装管を固定する略円柱状の連結ブロックＢ１
の左右両端に連結すべきライザパイプＲ１ 及びＲ２
を差込んで連結するようになしたものであり、小型軽
量でしかも高い強度を持ち、且つ短時間で着脱操作を行
うことができる優れた継手構造を提供するものである。

続いて第４図以下の添付図面を参照して、本発明を具体
化した実施例につき詳しく説明する。

第４図は、本発明の一実施例である継手構造を示す側断
面図（連結状態を示す）、第５図ａ，ｂ，ｃぱそれぞれ
第４図におけるＢ−Ｂ矢視断面図、ＣＣ矢視断面図、Ｄ
−Ｄ矢視図、第６図及び第７図は、同実施例における脱
着操作状態を示す側断面図である。

第４図、第５図に釦いて、１及び２は、内装管を固定す
る略円柱状の連結ブロック３の左右端部５，４にそれぞ
れ差込まれて上下に連結して使用する第１及び第２のラ
イザパイプであり、第１のライザパイプ１は、ボルト６
によって連結ブロック３に固着されている。

連結ブロック３の第２のライザパイプ２側の外周面７に
は、軸方向に４本のスプライン溝８が刻設してあり、こ
のスプライン溝８と嵌合する内側突起９を有する第１抑
圧部材１１及び外周面７′に装着された第２押圧部材１
２がパイプ軸方向に摺動自在に連結ブロック３に嵌着し
ている。

連結ブロック３とライザパイプ１，２の嵌合部にはシー
ル部材Ｓ１，Ｓ２が介在している。

上記外周面７，７′には、それそれリング状突起１３及
び１４が形成されていて、この突起１３．１４と各押圧
部材側の内側突起９，１０の間に縮着した圧縮スプリン
グ１５．１６が第１抑圧部材１１及び第２押圧部材１２
を矢印Ｘの方向、即ち第２のライザパイプ２の中間部１
７の方向へ常時弾性的に付勢している。

この押圧部材１１，１２は、後記するロック部材の動き
を規制するロック操作部材の一例である。

第４図に明らかな如く、連結状態に釦ける上記押圧部材
１１，１２の中間にはロック部材の一種であるロック爪
１８が配置されていて、このロック爪１８は、連結ブロ
ック３に半径方向に穿設された挿入孔１９内に設けた圧
縮スプリング２０によって常時外方向へ付勢されつつ、
挿入孔１９内に進退自在に装着されている。

図の連結状態下では、ロック爪′１８の上側突端２１が
、第２のライザパイプ２の連結部２２内周面に刻設した
リング状の嵌合溝２３に係合していて、第２のライザパ
イプ２が連結ブロック３から離脱するのを防止している
。

ロック爪１８の上面には第２のライザパイプ方向に傾斜
するテーパ面２４が形威されてむり、且つ、第２抑圧部
材１２のロック爪１８側の端部には、上記テーパ面２４
と当接可能の傾斜面２５が形或されている。

第１押圧部材１１及び第２抑圧部材１２の各外周には、
軸方向のスプライン突起２６及び２７が刻設してあり、
一方各押圧部材ＩＬ１２と嵌合する第２ライザパイプ２
の連結部２２内周面には、上記スプライン突起２６．２
７を受入れる軸方向のスプライン溝２８が刻設してある
。

よって連結を解除されると、第２ライザパイプ２は、連
結ブロック３に対して軸方向にのみ摺動可能となる。

但しスプライン突起２６は溝部２９において途切れてい
る。

第２のライザパイプ２の連結部先端には、スプライン突
起２６．２７と噛合可能なスプライン溝３０を有する噛
合部材３１が円周方向に回動自在に取付けられている。

この噛合部材３１に円周方向に設けた長孔３２には、ボ
ルト３３が挿入されていて、このボルト３３の締付けに
よって噛合部材３１の円周方向の取付位置を固定する。

上記噛合部材３１及び、連結ブロック３に固定した他の
噛合部材３４の、相対向する側面３５及び３６Ｋは、そ
れぞれ等ピッチの山部３７．３８及び谷部３９．４０が
設けられていて、山部３７．３８の巾ｌ１は、谷部３９
，４０の巾ｌ２ より若干小さく、図の連結状態に釦い
ては、各山部３７，３８の側面３５と３６とが当接して
いる。

噛合部材３１側のスプライン溝３０と第１押圧部材１１
先端部のスプライン突起４１との位置は、噛合部材３１
の取付位置によって独立に係合、若しくは衝突状態に置
くことができる。

このような噛合部材３１及び３４ぱ、ロック操作部材の
制御機構の一例を構成する。

４６は空気抜き用の孔である。次いで上記実施例を、そ
の作動について更に詳しく説明する。

第４図示の連結状態を解除して第２のライザパイプ２を
連結ブロック３から切離すには、１ずボルト３３を緩め
て噛合部材３１を矢印Ｙ（第５図Ｃ参照）の方向へ長孔
３２の長さ分だけ回動させる。

すると両噛合部材３Ｌ３４の山部と谷部４０とが合致す
ると共に、スプライン溝３０とスプライ／突起４１との
位置が合致する。

従ってこの状態で第２のライザパイプ２を圧縮スプリン
グ１６の力に逆って矢印Ｚの方向へ摺動させると、山部
３７が谷部４０の中へ入り込んで行き、山部３７の側面
３５が谷部４０の底面４２に当接するまで第２のライザ
パイプ２が移動する。

この移動に伴って第２のライザパイプ２の係合部４３に
押された第２抑圧部材１２の傾斜面２５がロック爪１８
のテーパ面２４に当接し、ロック爪１８を圧縮スプリン
グ２０に逆ってパイフ゜軸芯方向へ押込み、やがて第６
図に示す状態１で、第２のライザパイプが移動する。

ここ１での操作に釦いては、第１抑圧部材１１はロック
爪１８の側面に圧縮スプリング１５によって押付けられ
ているので、移動することはできない。

しかし第６図の状態下では、ロック爪１８が軸芯方向へ
押し込昔れて第１押圧部材１１から外れるので、続いて
第２のライザパイプ２を矢印Ｘ方向へ後退させると、第
７図示のように、ロック爪１８は、第１抑圧部材１１の
内周面４４に当接してその突出が規制される。

従って、第２のライザパイプ２を更に矢印Ｘの方向へ抜
いていくと、第１、第２押圧部材１１．１２は第２押圧
部材１２の突起４５がリング状突起１４に当る昔で移動
し、そこで停止する。

この状態で第２のライザパイプ２は完全に抜取ることが
できる。

又連結する場合には、噛合部材３１が溝部２９の位置に
来る昔でＺ方向に差込んだ後、噛合部材３１を回動させ
て、噛合部材３１が第１押圧部材１１の先端のスプライ
ン突起４１に衝突する状態となし、更に第７図に示した
ように、第２のライザパイプ２を矢印Ｚ方向へ差込んで
行く。

噛合部材３１が上記スプライン突起４１に当っているの
で、第１抑圧部材１１が第２のライザパイプ２と一緒に
矢印２の方向へ移動する。

この時、第２押圧部材１２は移動しないから、ロック爪
１８が第１押圧部材１１との係合を解かれ、圧縮スプリ
ング２０に押上げられ、嵌合溝２３と係合し、第４図に
示した連結状態に復帰する。

以上の実施例では、噛合部材３１側を回動自在となした
が、谷部２９の位置を変化させることによって相手側の
噛合部材３４に回動性を与え、噛合部材３１を第２のラ
イザパイプ２に固定してもよい。

次に、本発明の力学的長所を図面を参照しつつ説明する
。

第８図示の構造は、従来のライザパイプ中ではもつとも
強力と思われるライザパイプの連結部分の構造で、連結
すべきライザパイプＲ１及びＲ２の連結端Ｅ１及びＥ２
に設けた環状突起■１及びＩ２ に断面コ字状の連結部
材４７が係合していて、両者の係合面ｇ１及びｇ２が円
周方向のテーパを構成しているため、連結部材４７を円
周方向に回動することにより、強力な連結を達成する。

第９図は本発明の構造をモデル化したもので、連結ブロ
ック４８とライザパイプＲ３との間に連結部材４９が介
在している。

この連結部材４９は、本発明に釦けるロック部材１８に
相当する。

両図に示したモデルについて、昔ず連結部に軸力Ｆが作
用した場合について解析する。

第８図示の構造では、軸力が厚さｔ１ の部分に作用し
、第９図示の方でぱ幅ｔ２の部分に作用する。

しかも連結部材４７の幅Ｌぱ、かなり大きくせざるを得
ないから、ｔ１ のわずかの増加は、連結部の大きな重
量増加を招くが、幅ｔ２ を多少大きくしても重量ぱ殆
んど増大しない。

この意味から、重量軽減を目的とするライザパイプに軸
力が作用する場合、第９図に示した構造が、はるかに有
利である。

次に曲げモーメントＭが作用する場合であるが、この場
合力の作用するのは、点ａ，ｂ，ｃ，ｄである。

尚、点ｃ，ｄは軸力Ｆによって常に接触していると考え
られる。

点ａ ｒ ｂ ｒ ｃ ＋ ｄから連結部に作用する力
ｆｌｔｆ２ ｆ３ぱそれぞれ ｆ１：片当りの点に作用する垂直力 ｆ２ ：コネクタの曲げ変形により生じる反力ｆ３ ：
片当りの点の摩擦力 である。

但し、ブロックの曲げ変形は、コネクタの変形に比して
微小であるから、これを無視する。

又ｆ３−μｆ１ である（μ：摩擦係数）。

ここで曲げモーメントＭと軸力Ｆとが同時に作用する場
合を考えると、軸力Ｆによって点ａ＋ｂに生じる摩擦力
をｆとすると（但しｆ４≦Ｆ）点Ｃに作用する力ｆＲは
第８図、第９図のいずれもｆＲ二Ｆ−ｆ４＋ｆ２ となる。

ここで連結部材に作用する力の増加を△ｆ＝ｆＲ−Ｆと
すると △ｆ＝ｆ２ −ｆ４ である。

もし摩擦力が小さ＜ｆ，，：Ｏであれば、点Ｃに作用す
る力の増加△ｆ−ｆ２ となる。

即ち連結部材には、軸力以外に付加的な引張力ｆ２が作
用するので、第８図の場合、連結部材４７の板厚ｔ１
を、第９図の場合、寸法ｔ２を増加する必要がある。

この寸法増加による重量増加を考える。

第８図示のものと、第９図示のものを比較すると、第８
図のＬが、第９図示のｔ２ より大きいため、第８図
示の場合の方が、第９図示の場合より重量増加傾向が大
きく、この点からも本発明の連結構造の優秀性が理解さ
れる。

但し、摩擦係数が大きい場合は、△ｆ＜Ｏも考えられる
が、設計上摩擦力に期待をかけるのは、本構造では困難
と考えられる。

更に、ｆ２はｆ１によって生じる連結部の変形が原因で
あるから、第９図のように、点Ｃをａ，ｂの中央に位置
させるのが、ｆ２を減少させるのに有効である。

又連結部の外径は、前記したように、狭い坑口への挿入
のために、小さ〈制限されるが、第９図示の構造では、
連結部材４９が連結部内部にあるため連結部外径が小さ
くでき、リエントリライザ等の連結部に適用して好適で
ある。

本発明は、以上述べた如く連結すべき第１及び第２のラ
イザパイプの連結端を略円柱状の連結ブロックの左右両
端部に装着して連結するものであるから、継手部の肉厚
を薄くでき、内外径に制限のあるライザパイプ用の継手
として最適であり、しかも連結ブロックに第２のライザ
パイプと係合して同ライザパイプを連結ブロックに固定
するロック部材を備え、且つ第２のライザパイプの連結
端部内周と、連結ブｂツクの外周との間に、ロック部材
の第２のライザパイプに対する係合を制御するロック操
作部材を介在させ、更に第２のライザパイプの連結端部
に、ロック操作部材の動きを制御するロック操作部材制
御機構を設けたものであるから、ロック操作部材制御機
構の働らきによって、ライザパイプを若干往復移動させ
るのみで、簡単に短時間で着脱することができ、着脱作
業を繰返し行わねばならないリエントリライザ等に用い
て好適である。

更に繰返し曲げ応力を十分に長い継手部分で受けること
ができるから、極めて強度の高いライザパイプの継手構
造を提供するものであるＣ

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は、ライザパイプの継手構造の３つタ
イプを示す側断面図、第４図は、本発明の一実施例であ
る継手構造の側断面図、第５図ａは、第４図に釦ける、
Ｂ−Ｂ矢視断面図、同図ｂは、同Ｃ−Ｃ矢視断面図、同
図Ｃは、同Ｄ−Ｄ矢視図、第６図、第７図は、同実施例
における作動状態を示す継手構造の側断面図、第８図は
従来のライザーの連結を示す側断面図、第９図は本発明
のライザーの連結を示す側断面図である。 符号の説明、１・・・第１のライザパイプ、２・・・第
２のライザパイプ、３・・・連結フロック、４，５・・
・端部、１１．１２・・・第１、第２押圧部材、１７・
・・中間部、１８・・・ロック爪（ロック部材）、１５
，１６，２０・・・圧縮スプリング、２４・・・テーパ
面、２５・・・傾斜面、３Ｌ ３４・・・噛合部材（噛
合機構）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 海上設備と海底設備とを連絡させるために複数本連
   結して使用するライザ，パイプの継手構造にかいて、下
   記する（ｉ）から（Ｖ）ｔでの構成要素を具備してなる
   ライザパイプの継手構造。 （１）連結すべき第１及び第２のライザパイプ１，２の
   連結端を略円柱状の連結ブロック３の左右両端部に装着
   して連結する。 （１１）・第１のライザパイプ１は連結ブロック３に固
   着する。 ０［ｉ）連結ブロック３に、第２のライザパイプ２と係
   合して同ライザパイプ２を連結ブロック３に固定するロ
   ック部材１８を取付ける。 ■第２のライザパイプ２の連結端部内周と、連結ブロッ
   ク３の外周との間に、ロック部材１８の第２のライザパ
   イプ２に対する係合を制御するロック操作部材ＩＬ１２
   を介在させる。 （Ｘ／）第２のライザパイプの連結端部に、ロック操作
   部材１１．１２の動きを制御するロック操作部材制御機
   構を設ける。 ２ ロック部材１８が第２のライザパイプ２に設けた嵌
   合溝２３に向かって突出自在で且つ、その突端に第２の
   ライザバイプの中間部に向かって傾斜するテーパ面２４
   を有して構成されており、ロック操作部材がライザパイ
   プの軸方向に摺動自在で常時第２のライザパイプ２の中
   間部１７に向かって弾性的に付勢されている第１押圧部
   材１１と第２押圧部材１２とによって構成され、第２押
   圧部材１２の端部にロック操作部材のテーパ面２４と当
   接しうる傾斜面２５が設けられている如くなした特許請
   求の範囲第１項記載のライザパイプの継手構造。 ３ ロック操作部材制御機構が、第２のライザパイプ連
   結端部の先端と連結ブロック３とに設けた雌雄の噛合機
   構３Ｌ ３４によって構成されている特許請求の範囲第
   １項若しくは第２項記載のライザパイプの継手構造。