KR101023990B1 - 일정한 씰링 갭이 제공될 수 있도록 사전조임장치로구성된, 상대적인 이동이 허용되는 파이프라인 연결기구 - Google Patents

Abstract

파이프라인의 각각의 연결단부들이 구비된 두 연결부들 사이에 상대적인 이동이 허용되며, 작동 전에 1차 실들의 압력 시험이 가능한 유체 압송용 파이프라인 연결기구가 개시된다. 여기에서, 제1연결부는 길이방향의 구멍(60)과 이 구멍에 유체 연결되는 반경방향 통로(61)가 형성된 중심 코어(1)를 구비하며, 상기 반경방향 통로(61)는 제1연결부에 대해 이동가능한 제2의 링 형상 연결부에 형성된 링 형상의 통로(62)와 유체 연결을 가지며, 제2연결부와 제1연결부 및 부가 부품 사이의 동적인 유압의 시험 실(20)(21), 동적인 유압의 1차 실(22)(23), 및 동적인 유압의 2차 실(24)(25)을 포함하는 대향하는 축방향 면들(길이방향 축에 대해 실질적으로 수직인 면들)은 제2 연결부 통로(62)의 유체 압력에 상관없이 동적 실(20)(21)(22)(23)(24)(25)용의 일정한 실링 갭을 구비한다. 본 발명의 파이프라인 연결기구는 적어도 하나의 스프링을 구비하여 제2연결부에 대해 축방향으로 조여지고 제2연결부 위에 배치되며, 보충 갭과 실링 면들 사이의 베어링 링과 실링 면에 실질적으로 평행으로 배치된 보충 갭에 보충 유체를 공급할 수 있게 하는 구조를 가짐으로써 조여짐과 보충 유체에 의해 모든 유체 압력에 대해 일정한 실링 갭이 제공될 수 있도록 제1연결부에 대해 고정된 베어링 링(3)을 구비하는 것을 특징으로 한다.

파이프라인, 연결기구, 조임기구, 실링(sealing), 실(seal)

Description

일정한 씰링 갭이 제공될 수 있도록 사전조임장치로 구성된, 상대적인 이동이 허용되는 파이프라인 연결기구{Device for connecting pipelines such that relative motion is allowed, comprising a pretensioning device such that constant sealing gap can be provided}

본 발명은 두개의 상호간에 이동 가능한 유닛 혹은 부품들 사이로 유체를 운반하는 파이프라인 연결용 기구에 관한 것이다. 이러한 연결기구는 수면 아래의 생산지로부터 라이저(riser)를 경유하여 해변의 시추 혹은 생산 용기로 유체를 운반하는 데 필요하며, 이를 위해 용기는 날씨와 바람에 관계없이 라이저 및 수중 장비와 무관하게 회전할 수 있는 것이 필요하다. 연결기구의 회전 능력은 용기에 아무런 한계를 부여하지 않으므로 특히 유용하다. 다른 방안으로는 적절한 기구에서의 신축성 호스를 사용하는 것일 수 있는 데, 이러한 기구는 최대 회전과 온도, 전형적으로 ± 270℃인 것과 관련하여 제한적일 수 밖에 없다.

이러한 연결기구는 오일이나 가스의 주변으로의 누출을 차단하는 동력학적 실(seal)에 대한 필요성을 크게 야기하는 데, 이러한 누출을 차단하지 못하면 건강, 환경 및 비용상 손상을 초래할 수 있으며, 어떠한 환경하에서도 수리가 진행되는 중에는 처리가 중단되어야 하기 때문이다. 이러한 연결부는 공차가 적은 큰 구조물임이 빈번하다.

조립중의 실수 및 실 갭(seal gap)에서의 여러변수 등과 동력학적 실(seal) 등에서의 가혹한 작업조건들에서의 실수는 실링 재료의 손상 및 실 능력의 상실을 초래할 수 있다.

이러한 실(seal)의 수명을 연장하고 처리의 안전성을 증대시키기 위하여, 동력학적 실(seal)의 작동 조건이 가능한 이롭고 일정한 것이 중요하다.

예컨대 특허출원 NO964616으로부터 알 수 있는 바와 같이 여러 가지의 유체 연결용 회전기구가 알려져 있다. 이러한 알려진 기구들에 공통적으로 동적 실은 밀봉시킬 갭에서 편차가 발생하는 것이다. 작동중의 연결기구 내부 압력에 기인하여 상호간에 이동 가능한 링들 사이의 실 갭은 증가하여 실 조건들을 악화시킬 것이다. 내부압력의 반복된 큰 편차에서 실 갭은 계속 변화할 것이다. 이로써 시간이 경과하면 실(seal)을 마모시키며, 마침내는 기능을 상실하고 최악의 경우 누출을 발생할 것이다.

또한, 종래기술의 유체 연결기구들은 하나의 시추 연결부에서조차 복수의 링들을 구비하여 가격이 비싸지는 문제를 발생한다.

본 발명의 목적은 상기 설명한 문제점들이 회피되는 개선된 구조를 제공하는 것이다. 본 발명은 작동 전에 1차 실(primary seal)을 시험할 수 있는 유체 연결기구를 포함한다. 또한, 연결부 작동 전에 스프링 패키지(spring packages)가 조립체를 사전에 조여서 동적 실(seal)에 일정한 압력을 가한다. 유체 연결기구가 작동중이고 처리 압력의 영향을 받으면, 내부 처리 압력과 균형을 도모하도록 보충 갭(compensator gap)으로 보충 유체가 가압되어 도입됨으로써, 연결기구가 작동 여부를 불문하고 실(seal) 위의 압력은 일정하게 유지된다. 처리 압력의 편차는 조정될 수 있으며 보충 유체의 공급압력은 처리 압력에 따라 조정될 수 있다. 이어서, 상호간에 이동가능한 링들 사이의 갭(gap)은 일정하게 유지되고 실(seal)의 마모는 최소화된다. 또한 실(seal)의 숫자는 최소화되어 생산성 및 비용을 절감한다.

도 1과 관련하여 연결기구를 설명한다.

유체 연결기구는 반경방향의 통로(passage)(61)와 연결되어 길이방향으로 연장하는 구멍(bore)(60)이 형성된 코어(core)(1)로 구성된다. 링 형상의 통로(passage)(62)를 구비한 외부 링(outlet ring)(2)은 상대적으로 운동할 수 있게 코어(1)에 연결된다. 상부 베어링(upper bearing)(10) 및 하부 베어링(lower bering)(11)은 외부 링(2)의 마찰이 작은 베어링을 제공한다.

코어(1)와 외부 링(2) 사이에 반경방향으로 배치된 시험 실(test seal)(21), 1차 실(primary seal)(23) 및 2차 실(secondary seal)(25)로 이루어진 동력학적 실(seal)용의 홈이 코어(1)에 제공된다. 또한 외부로부터의 오염을 차단하고 하부 베어링(11) 내의 윤활유를 유지하기 위하여 하부 베어링(11) 둘레에 실(seal)(32)(33)이 제공된다.

외부 링(2) 상부에 베어링 링(bearing ring)(3)이 배치된다. 이는 코어(1)에 대해 고정적이다. 베어링 링(3)과 외부 링(2) 사이에 배치된 시험 실(test seal)(20), 1차 실(22) 및 2차 실(24)로 이루어진 동력학적 실용의 홈이 베어링 링(3)에 제공된다. 또한 베어링 링(3)에는 복수의 스프링 패키지(spring packages)(15)용의 구멍들이 형성된다. 스프링 패키지(15)는 축방향으로 위치되어 조정볼트(adjustment bolt)(16)를 사용하여 미리 조여진다. 이러한 것들에 의해 베어링 링(3)과 외부 링(2) 및 외부 링(2)과 코어(1) 사이에 일정한 축방향 압력이 제공된다.

하부 베어링(11)에 대해서와 유사하게, 각각의 측면에 하나씩 상부 베어링(10)에는 실(seal)(30)(31)이 제공된다.

베어링 링(3) 위에는 보충 링(compensator ring)(4)이 설치된다. 이것 또한 코어(1)에 대해 고정적이다. 보충 링(4)에는 스프링 패키지(15)를 사전에 조이는 조정볼트(16)용의 홈들이 제공된다.

외부 링(2)에는 시험 실(20)과 1차 실(22) 사이의 반경방향 개구와 수직으로 연결된 수평구멍(horizontal bore)(50)이 형성된다. 코어(1)와 외부 링(2) 사이로 처리 유체를 운송하기 전에 상기 개구에 가압된 액체 혹은 가스를 부가하여 1차 실(22)은 누출방지에 대해 시험 될 수 있다. 1차 실(23)을 시험하기 위하여 외부 링(2)의 하부에는 구멍(bore)(51)이 형성된 유사한 배치가 제공된다.

시험 실(20)(21)은 후방이 처리 유체를 향하도록 위치되어 시험 실(20)(21)과 1차 실(22)(23) 사이의 시험 압력을 유지하도록 되어 있다.

상기 수평구멍(50)은 또한 베어링 링(3)과 보충 링(4) 사이, 실(41)(43) 사이의 보충 갭(70)으로 수직 연결을 형성한다. 증가된 내부 처리유체 압력을 보충하고 스프링 패키지(15)를 보조하기 위하여 가압 된 보충 유체를 보충 갭(compensator gap)(70)에 공급함으로써 큰 처리 압력하에서 작동중이어도 외부 링(2)과 코어(1) 사이의 축방향 갭(gap) 및 외부 링(2)과 베어링 링(3) 사이의 축방향 갭(gap)은 일정하게 유지될 수 있다. 이로써, 동적 실(seal)인 1차실(22)(23), 2차 실(24)(25)의 작동 조건들은 최적화된다.

상기 베어링 링(3)과 보충 링(4) 사이의 보충 갭(70)에는 보충 유체가 외부로 누출되는 것을 방지하기 위하여 쌍을 이루는 실(41,42)(43,44)로 이루어진 이중 장벽이 제공된다. 또한, 보충 유체가 처리 유체로 누출하는 것을 피하기 위하여 베어링 링(3)과 코어(1) 사이에는 실(seal)(40)이 제공된다. 이 실(40)은 또한 처리 유체가 보충 갭(70)으로 누출하는 것을 방지할 것이다.

베어링 링(3)과 보충 링(4) 사이의 고정 실(seal)(43, 44) 및 코어(1)와 보충 링(4) 사이의 고정 실(41, 42)용의 홈들이 제공된다. 고정 실(41,42)(43,44)은 처리 유체가 외부로 유입하는 것을 방지하기 위하여 제공된다.

도 1은 본 발명의 파이프 라인 연결기구를 나타낸 것이다.

본 발명은 파이프 라인 연결 기구의 개선된 구조를 제공하여, 상호간에 이동가능한 링들 사이의 갭(gap)은 일정하게 유지되고 실(seal)의 마모는 최소화된다. 또한 실(seal)의 숫자가 최소화되어 생산성 및 비용을 절감한다.

Claims (6)

1. 파이프라인의 각각의 연결단부들이 구비된 두 연결부들 사이에 상대적인 이동이 허용되며, 작동 전에 1차 실들의 압력 시험이 가능한 유체 압송용 파이프라인 연결기구로서, 제1연결부는 길이방향의 구멍(60)과 이 구멍에 유체 연결되는 반경방향 통로(61)가 형성된 중심 코어(1)를 구비하며, 상기 반경방향 통로(61)는 제1연결부에 대해 이동가능한 제2의 링 형상 연결부에 형성된 링 형상의 통로(62)와 유체 연결을 가지며, 제2연결부와 제1연결부 및 부가 부품 사이의 동력학적인 유압의 시험 실(20)(21), 동적인 유압의 1차 실(22)(23), 및 동적인 유압의 2차 실(24)(25)을 포함하는 대향하는 축방향 면들(길이방향 축에 대해 실질적으로 수직인 면들)은 제2연결부 통로(62)의 유체 압력에 상관없이 동적 실(20)(21)(22)(23)(24)(25)용의 일정한 실링 갭을 구비한 유체 압송용 파이프라인 연결기구에 있어서,

   적어도 하나의 스프링을 구비하여 제2연결부에 대해 축방향으로 조여지고 제2연결부 위에 배치되며, 보충 갭과 실링 면들 사이의 베어링 링과 실링 면에 실질적으로 평행으로 배치된 보충 갭에 보충 유체를 공급할 수 있게 하는 구조를 가짐으로써 조여짐과 보충 유체에 의해 모든 유체 압력에 대해 일정한 실링 갭이 제공될 수 있도록 제1연결부에 대해 고정된 베어링 링(3)을 구비하는 것을 특징으로 하는 파이프라인 연결기구.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 베어링 링(3)의 탄성 장력은 중심의 코어(1)에 대해 동심으로 배치된 스프링 패키지(15)에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 파이프라인 연결기구.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 베어링 링(3)의 탄성 장력은 중심 코어(1) 보다 큰 직경의 단 하나의 스프링에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 파이프라인 연결기구.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 스프링은 복수의 디스크 스프링들을 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프라인 연결기구.
5. 삭제
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스프링의 사전 조임은 조정가능한 것을 특징으로 하는 파이프라인 연결기구.

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