JPS5848792B2 - 導管用回り継手 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高圧流体を導く剛体導管を連結するための回り
継手（ ｓｗｉｖｅｌ ｊｏｉｎｔ ）に関し、特に、
連結すべき両導管が屈曲運動およびねじり運動（回転運
動）できるように剛体導管を連結する回り継手に関する
。

回り継手は、２本の導管の端と端とを連結し、両導管が
屈曲運動および回転運動できるようにするものであるが
、かような運動を行なう場合でも両導管と回り継手との
間のシールが確実になされ、導管内の流体が漏洩しない
ものでなくてはならない。

従来の回り継手には、ボール・ソケット装置、弾性シー
ル、回転シールおよび他の機械的装置が組込まれており
、相互連結された導管が相対運動できるようになってお
り、これ迄に特許されたものとして本出願人に係る米国
特許第３，３９０，８９９号、第３，６ ８ ０，８
９ ５号、第３，７ ３ ４，５ ４ ６号および第３
，８ ５ ３，３ ３ ７号に開示された回り継手があ
る。

沖合油田の設備および天然ガスさく井設備においては、
さく井プラットホームと海底の鉱床との間を結ぶ剛体導
管が使用されており、導管用回り継手は、配管の不整合
、水流の影響、トルク等の導管設備に応力を発生させる
要因に適応させるために使用されるものである。

従って、導管用回り継手は、時に水面下数百フィートの
位置に凧付けて使用されることがあり、継手の外側には
非常に高い水圧が作用すると共に、継手内を通る流体か
らも約６，０ ０ ０ ｐｓｉ （約４ ２ ０ ｋｇ
／ｆｆｌ ）という高い圧力を受けるものである。

かような苛酷な条件下で使用できる導管用回り継手とし
てシーリングに対する満足できる信頼性や耐久性を備え
ているものは、現在入手することはできない。

水面下数百フィートの位置で使用される回り継手として
は７、苛酷な作動条件下でも常に高い信頼性が要求され
る。

従って本発明の目的は、かような苛酷な条件下でもシー
リングに対する高い信頼性および耐久性をもって使用で
きる導管用回り継手を提供することである。

本発明の他の目的は、連結すべき２本の剛体導管が相対
的に屈曲運動および回転運動することを可能ならしめ、
かつ、かような運動をする場合であっても、導管内を通
る流体が漏洩しないように維持できる導管用回り継手を
提供することはある。

本発明の他の目的は、連結すべき２本の剛体導管が一定
回転角度以下で相対回転運動する間は導管に作用するト
ルクが弾性体によって吸収され、一定回転角度以上に相
対回転運動するときは導管に作用するトルクがスラスト
支持体の支持面における摩擦力によって吸収されるよう
にした導管用回り継手を提供することである。

本発明の更は他の目的は、スラスト支持体が損壊するよ
うなことがあっても回り継手のシーリング性能に悪影響
を及ぼすことがなく、かつ、継手内外の流体圧力に対す
る充分なシーリング性能を期待できる導管用回り継手を
提供することである。

本発明の導管用回り継手においては、連結されるべき２
本の導管のうちの一方が継手の本体に連結され、他方が
継手の管状スリーブに連結される。

また、管状スリーブは弾性支持組立体によって支持され
、かつ、管状スリーブと弾性支持組立体とが継手本体お
よびリテーナに対して適変の摩擦力をもって保持される
ように、リテーナを継手本体に対し調節自在に固定でき
るようになっている。

更に、管状スリーブと、弾性支持組立体の一部を構威す
る第２カラーの延長部とはスプライン係合しており、こ
のスプライン係合においてスプラインの溝幅の方が歯幅
よりも大きいのでスプラインの歯と溝との間に遊隙が形
或されており、これにより、連結すべき両導管の間に一
定回転角度以下の相対的回転変位を生じさせるトルクが
作用する間は、継手の本体とリテーナに取付けられたス
ラスト支持体に対して弾性支持組立体が回転することな
く、該弾性支持組立体の弾性体が変形するようになって
いる。

しかしながら、両導管に一定回転角度以上の大きな相対
的回転変位を生じさせる大きなトルクが作用するときは
、弾性支持組立体に過大なせん断応力が作用することを
避けるため、スラスト支持体に対し弾性支持組立体全体
が回転できるようになっている。

弾性支持組立体の弾性体の中には複数の環状かつ円錐状
のリングが互に間隔をへだてて埋入されている。

この円錐状リングは導管に対し屈曲変位を生じさせる外
力が作用するとき、この曲げ作用に対する弾性支持組立
体全体の剛性を高める働きをなすと共に、導管に対し回
転変位を生じさせる外力が作用するとき弾性支持組立体
の弾性体が変形することによって偏心してしまわないよ
うに保つ働らきをなすものである。

以下、一本発明の導管用回り継手の実施例を添付図向に
基いて説明する。

第１図は、本発明の導管用回り継手１０を構成する主要
部品の全体的関係を示すものである。

通常、この導管用回り継手１０は、剛体で作られた１対
の導管１２，１４の間に取付けて使用されるものである
。

剛体の導管１２，１４と回り継手１０とは、溶接ビード
１６によって連結される。

回り継手１０は本体１８を有し、該本体１８には複数の
ボルト２２によって環状のリテーナ２０が取付けられて
いる。

本体１８とリテーナ２０とによって形成される空間内に
は、後で詳細に述べるように、環状の第１カラー１２、
第２カラー７４、弾性体７６等を介して、管状のスリー
ブ２４が弾性的に保持されている。

本体１８は、導管１２のボアと同心的に連通ずるボア２
８を有し、該ボア２８は凹所３０に開口している。

この凹所３０には、リテーナ２０との接合部をシールす
るための１対のＯ−ＩＪング３２と、管状スリーブ２４
の円錐状支持面６６と摺接する環状のワイパーリング（
ｗｉｐｅｒ ｒｉｎｇ）３ ４が設けられている。

凹所３０の半径方向に延びる傾斜面３８には、環状かつ
円錐状のスラスト支持体３６が設けられている。

リテーナ２０も本体１８と同様に環状をなし、本体１８
の凹所３０と同様な凹所３１およびボア４０を有する。

また、リテーナ２０の凹所の半径方向に延びる傾斜面４
２には、本体１８に設けられた前記スラスト支持体３６
と実質的に同じ環状かつ円錐状のスラスト支持体４４が
設けられており、両スラスト支持体３６および４４は軸
線方向に対向する位置に位置決めされている。

本体１８とリテーナ２０とを締付けるボルト２２は、リ
テーナ２０の孔４５を貫通して本体１８のねじ孔４６に
螺入される。

リテーナ２０の肩部４８と本体１８の肩部５０との間に
は、所望の厚さのワツシャ又はスパーサ５２を介在させ
てボルト２２を締付ける。

ボルト２２は、その頭部５４に６角孔が形成された慣用
のソケットボルトであってもよい。

スラスト支持体３６および４４は、ガラス繊維を含浸し
たテフロン登録商標で作るのが好ましい。

リテーナ２０のボア４０には複数列の環状溝が形成して
あり、これらの環状溝内には、０−ＩＪング、環状のリ
ツプシール５６．５８、弾性シール６０等が適宜嵌入さ
れ、リテーナ２０と第２カラー７４の延長部９０の外周
面との間をシールしている。

第１図に示すように、管状スリーブ２４は、本体１８の
ボア２８の直径と同一又は僅かに小さな直径のボア６２
を存する。

また管状スリーブ２４は、中空軸部と半径方向に延びる
一体のフランジ６４とを有し、該フランジ６４は更に前
記スラスト支持体３６およびワイパーリング３４と係合
する円錐状の支持面６６と、後で詳細に述びる弾性支持
組立体２６と係合する平らな面７０とを有する。

管状スリーブ２４の中空軸部はスプライン軸となってお
り、一方、第２カラー７４の延長部９０の内周面はスプ
ライン穴となっていて、スプライン軸の歯６８がスプラ
イン穴の溝９４を通るように挿入されている。

次に、第１図および第３図に基き弾性支持組立体２６に
ついて説明する。

この弾性支持組立体２６は、環状の第１カラー７２と、
該第１カラー７２から間隔をへだでて位置する第２カラ
ー７４と、これらの第１カラーおよび第２カラー７２，
７４の間に位置し、両カラーγ２，７４を相互に結合す
る環状の弾性体７６とから構成されている。

弾性体γ６は、ゴム，ネオプレン，ウレタン等の材料で
作られている。

この弾性体７６の間には、円錐状をなす複数のリング９
６が互に間隔をへだてて埋入されている。

この円錐状のリング９６は、導管１２，１４に対し屈曲
変位を生じさせる外力が作用するとき、この曲げ作用に
対する弾性支持組立体２６全体の剛性を高める働らきを
なすと共に、導管１２．１４に対し回転変位を生じさせ
る外力が作用するとき、弾性体７６が変形することによ
って偏心してしまわないように保つ働らきをなす。

第１カラー７２は、半径方向に延びる平らな筒７８と、
ねじ孔８０と、半径方向に延びる傾斜面８４と、凸状面
８６とを有する。

半径方向に延びる平らな面７８は、管状スリーブ２４の
フランジ６４の同様に半径方向に延びる平らな而７０と
係合する面である。

また、ねじ孔８０は、フランジ６４に設けた孔を通る複
数本のボルト８２を螺入し、第１カラー７２をフランジ
６４に固定するための孔である。

更に、凸状面８６は、弾性体７６を第１カラー７２に対
し確実に固定するためのものである。

第２カラー７４は、半径方向に延びる傾斜面であって、
前記第１カラー７２の傾斜面８４に対し軸線方向に対向
している傾斜面８８と、軸線方向に延びる管状の延長部
であって、リテーナ２０のボア４０内にぴったりと挿入
される延長部９０と，前記スラスト支持体４４と係合す
る支持面９２とを有する。

延長部９０の外周面は前記シール５６５８ ，６０とシ
ーリング係合する。

弾性支持組立体２６は、第１カラー７２と第２カラー７
４との間に円錐状リング９６を間隔をへだでて置いた状
態で、これらのまわりに弾性体７６を射出成形すること
によって管状スリーブ２４とは別体に作られる。

射出成形によって弾性支持組立体２６を作ることにより
、該組立体の耐久性を向上させることができる。

このようにして第１カラー７２，第２カラー７４，弾性
体７６および円錐状リング９６が一体となった弾性支持
組立体２６は、第１図に示すようにボルト８２によって
管状スリーブ２４のフランジ６４に対し固定される。

かくして弾性支持組立体２６とフランジ６４とは、一体
となって本体１８およびリテーナ２０に対する支持体を
形威し、リテーナ２０によって本体１８内に保持される
。

第２図から明らかなように、第２カラー７４の延長部９
０に形成されたスプライン穴の溝９４の円周方向長さす
なわち溝幅は、管状スリーブ２４に形或されたスプライ
ン軸の歯６８の円周方向長さすなわち歯幅よりやＸ大き
いのでスプラインの歯と溝との間には遊隙が形成されて
おり、管状スリーブ２４と第２カラー７４との間に相対
的回転運動を生じさせる力が作用するとき、両者は一定
の角妾範囲内（後述のごとく、本実施例の場合は２０”
以下の角度）で遊転できる。

リテーナ２０を取付けるボルト２２を締付けることによ
ってスラスト支持体３６と４４との間の距離が減少し、
このため、フランジ６４と第２カラー７４とに作用する
摩擦力が増大する。

この摩擦力の大きさは、本体１８とリテーナ２０の肩部
５０と４８との間に介在させるべきスペーサ５２の厚さ
を変えることによって正確に調節することができる。

もちろん、弾性体７６のもつ弾性特性によって、弾性支
持組立体２６に対してスラスト支持体３６，４４から押
圧力が作用するようにボルト２２を締付ければ弾性体７
６が幾分半径方向外方に変形する。

ボルト２２の締付けによってスラスト支持体３６ ，４
４に発生させるこの予荷重の大きさは、管状スリーブ２
４が本体１８およびリテーナ２０に対して回転するのに
先立って弾性体７６が許容できる最犬のねじり変形をす
るように定められる。

使用に際しては、本発明の導管用回り継手１０によって
導管１２，１４を相互に連結したとき、導管中を通る流
体が本体１８、リテーナ２０および管状スリーブ２４の
間から漏洩することがあってはならない。

このため、例えばスラスト支持体３６，４４が損壊する
ようなことがあっても、シール５６によって流体が継手
１０から漏洩することが防止され、また、本発明の導管
用回り継手１０が海面下数百フィートの所で使用される
場合でもシール５８によって海水が継手内に流入するこ
とが防止される。

更に、シール６０は導管内の流体が漏洩することや海水
が継手内に流入することを防止する効果を高める働らき
をする。

第１図および第２図に示すように、管状スリーブ２４と
第２カラーの延長部９０との間には半径方向の間隙が設
けてあることおよび弾性体７６が設けてあるため、導管
１２，１４は互に限定された範囲内で屈曲運動すること
ができる。

導管１２，１４がねじり力すなわちトルクを受けると、
管状スリーブ２４のスプラインの歯６日は、第２カラー
の延長部９０のスプライン穴の溝９４，内で回転しよう
とする。

この場合において、前述のごとく溝９４の溝幅の方が歯
６８の歯幅より大きく形威されているので、歯６８は溝
９４内で遊転する。

この遊転運動中、弾性支持組立体２６の弾性体７６には
、フランジ６４および第１カラー７２を介してトルクが
作用するので、弾性体７６はねじり変形する。

この弾性体７６のねじり変形によって、導管１２，１４
に破壊応力を生じさせることなく、導管１２，１４に作
用するトルクを吸収することができる。

本発明の導管用回り継手１０によれば、単に弾性体７６
のねじり変形によって導管１２．１４は約２０゜の回転
運動すなわちねじり変位を行なうことができる。

もしも導管１２と１４との間に２０゜を超える相対的ね
じり変位が生じる場合には、歯６８は溝９４の側壁部と
衝合し、このため管状スリーブ２４によって第２カラー
７４が回転される。

この場合には、管状スリーブ２４と第２カラー７４とが
弾性支持組立体２６を介して全体として回転し、導管１
２，１４に作用するねじり力はスラスト支持体３６，４
４を介して両導管１２，１４の間で伝達される状態とな
る。

スラスト支持体３６とフランジ６４の円錐状支持面６６
との間の摩擦力およびスラスト支持体４４と第２カラー
７４の円錐状支持面との間の摩擦力は、前述のごとく、
スペーサ５２の厚さを適当な厚さとすることによってボ
ルト２２による本体１８とリテーナ２０との締付け間隔
を変えれば、適当な摩擦力を得るように調節することが
できる。

従って、スペーサ５２の厚さを変えることによって、ス
ラスト支持体３６，４４に作用する上記摩擦力を調節し
ておけば、導管１２，１４の相対的角度変位が２０’以
下の場合にはスラスト支持体３６とフランジ６４の円錐
状支持百６６との間およびスラスト支持体４４と第２カ
ラー７４の円錐状支持面との間に滑りが生じることがな
く、一方、２０゜を超える場合には滑りが生じるように
することができる。

このように調節することによって、導管１２，１４が２
０’以下の相対的角度変位をなすときは導管に作用する
トルクを弾性支持組立体が吸収し、２０゜を超える相対
的角度変位をなすトルクが作用するときにはフランジ６
４および第２カラー７４の円錐状支持面がスラスト３６
および４４との間で滑り、両導管１２，１４を３６０゜
あるいはそれ以上の角度で変位させることができる。

また、本発明の導管用回り継手１０によれば、万一スラ
スト支持体３６ ，４４が損壊するようなことが生じて
も、前述のごとく、シール５６，５８，６０が設けられ
ているため、導管内の流体が外部に漏洩したりあるいは
継手の外から海水等が継手内に流入することが防止され
る。

以上、本発明の導管用回り継手１０の具体的実施例につ
いて説明したが、本発明の精神および特許請求の範囲を
逸脱することなく種々の改変を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第２図のＩ−１線に沿う、本発明の導管用回
り継手の断面図である。 第２図は、第１図の［一Ｉｆ線方向からみた、本発明の
導管用回り継手の正面図である。 第３図は、本発明の導管用回り継手の主要構成要素であ
る弾性支持組立体を取出して示した側面図であり、上半
部を断面して示すものである。 第４図は、第３図のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 １０・・・・・・導管用回り継手、１６・・・・・・本
体、２０・・・・・・リテーナ、２２・・・・・・ボル
ト、２４・・・・・・管状スリーブ、３６ ， ４４・
・・・・・スラスト支持体、５２・・・・・・スペーサ
、７２・・・・・・第１カラー ７４・・・・・・第２
カラー ５６，５８・・・・・・リツプシール、６０・
・・・・・弾性シール。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 連結すべき一方の剛体導管１２に固定される環状の
   継手本体１８と、連結すべき他方の剛体導管１４に固定
   される管状スリーブ２４と、弾性支持組立体２６と、ス
   ペーサ５２を介して前記継手本体１８に対しボルト２２
   によって緊締される環状のリテーナ２０とから構成され
   、 前記継手本体１８およびリテーナ２０には、前記管状ス
   リーブ２４および弾性支持組立体２６を収容するための
   空間を形戒する凹所３０および３１が夫々形或されてお
   り、 該凹所３０，３１の軸線方向に対向する面にはスラスト
   支持体３６．４４が取付けられており、前記弾性支持組
   立体２６は、第１カラー７２と、第２カラー７４と、両
   カラー７２，７４の間において両カラーに固定された弾
   性体７６とからなり、第２カラーは継手の軸線方向に延
   びる延長部９０を備え、 前記管状スリーブ２４は軸部と半径方向に延びるフラン
   ジ６４とを備え、 前記第２カラー７４の延長部９０の内周面と前記管状ス
   リーブ２４の軸部の外周面にはスプラインが形成されて
   おり、各スプラインは溝の幅の方が歯の幅よりも大きく
   形成されていて、スプライン係合させた状態においてス
   プラインの歯と溝との間に半径方向および周方向の遊隙
   が形成され、前記弾性支持組立体２６の第１カラー７２
   は前記管状スリーブ２４のフランジ６４に固定され、前
   記弾性支持組立体２６の第２カラー７４の延長部９０は
   前記リテーナ２０のボア４０内に挿入され、該ボア４０
   に設けられたシール部材５６，５８，６０と密封係合し
   、 前記管状スリーブ２４のフランジ６４および弾性支持組
   立体２６の第２カラー７４は、前記継手本体１８の凹所
   ３０およびリテーナ２０の凹所３１によって形成される
   空間内で、前記スラスト支持体３６と４４との間に挟圧
   保持され、前記フランジ６４および第２カラー７４が、
   前記スラスト支持体３６と４４から受ける挟圧力は、継
   手本体１８とリテーナ２０との間に介在させる前記スペ
   ーサ５２の厚さによって調節され、該スペーサ５２の厚
   さは、前記連結すべき両導管１２．１４が前記スプライ
   ンの歯と溝との間に形成される遊隙の範囲内で回転変位
   する場合には前記スラスト支持体３６とフランジ６４と
   の間およびスラスト支持体４４と第２カラー７４との間
   で滑りが生じないが、遊隙の範囲を超えて回転変位する
   場合には滑りが生じるように選定されることを特徴とす
   る導管用回り継手。