NL193997C

NL193997C - Rotatable pipe coupling.

Info

Publication number: NL193997C
Application number: NL8401938A
Authority: NL
Original assignee: Bluewater Terminal Systems Nv
Priority date: 1984-06-18
Filing date: 1984-06-18
Publication date: 2001-04-03
Also published as: NL193997B; NL8401938A

Description

1 1939971 193997

Roteerbare leidingkoppelingRotatable pipe coupling

De uitvinding heeft betrekking op een roteerbare meervoudige leidingkoppeling omvattende een stationair eerste deel met relatief grote diameter, verdeeld in van elkaar gescheiden compartimenten waarin 5 toevoerleidingen uitmonden en een ten opzichte van het eerste deel roteerbaar tweede deel eveneens met van elkaar gescheiden compartimenten in het eerste resp. in het tweede deel afdichtingen die een rotatie der compartimenten ten opzichte van elkaar toestaan. Een dergelijke roteerbare leidingkoppeling is bekend uit het Franse octrooischrift 2.413.603.The invention relates to a rotatable multi-pipe coupling comprising a stationary first part with a relatively large diameter, divided into mutually separated compartments into which feed lines terminate and a second part rotatable relative to the first part, also with mutually separated compartments in the first resp. . in the second part, seals permitting rotation of the compartments relative to each other. Such a rotatable pipe coupling is known from French patent specification 2,413,603.

Dergelijke roteerbare leidingkoppelingen worden toegepast in combinatie met, bijvoorbeeld, meer-10 systemen van olieproductievelden waaraan tankers of opslagschepen worden afgemeerd. Dergelijke schepen moeten ten gevolge van wind- en waterbewegingen rond het meerpunt kunnen draaien zodat er een roteerbare koppeling aanwezig moet zijn tussen de stationaire inkomende leidingen en de naar het schip voerende uitgaande leidingen. Dergelijke leidingkoppelingen hebben een grote diameter evenals de erin toegepaste afdichtingen.Such rotatable pipe couplings are used in combination with, for example, multi-system oil production fields to which tankers or storage vessels are moored. Such ships must be able to rotate around the mooring point as a result of wind and water movements, so that a rotatable coupling must be present between the stationary incoming pipes and the outgoing pipes leading to the ship. Such pipe couplings have a large diameter as do the seals used therein.

15 Daar elke beweging van het afmeersysteem ook door de leidingkoppeling wordt doorgegeven zal het roterend deel continu bewegen t.o.v. het vaste deel. Dit leidt tot een constante tangentiële belasting van de toegepaste afdichtingen die bij bewegingen met kleine amplitude voortdurend op afschuiving worden belast en constante deformaties ondergaan. Slechts wanneer de rotatiebeweging een bepaalde hoekwaarde overschrijdt zal de afdichting ten opzichte van de ermee samenwerkende dichtvlakken bewegen doch daar 20 de op de afdichting werkende krachten niet gelijk over de gehele omtrek zijn verdeeld kan het voorkomen dat in een bepaald gedeelte van de afdichting verglijden ten opzichte van het dichtvlak optreedt terwijl dit in een ander deel niet het geval is. Hierdoor worden bepaalde delen van de afdichting gecomprimeerd en andere delen overmatig gerekt.Since any movement of the mooring system is also transmitted through the line coupling, the rotating part will move continuously relative to the fixed part. This results in a constant tangential load on the seals used, which are continuously sheared in small amplitude movements and undergo constant deformations. Only when the rotational movement exceeds a certain angular value will the seal move relative to the sealing surfaces co-operating therewith, however, since the forces acting on the seal are not equally distributed over the entire circumference, it can occur that in a certain part of the seal slip relative to of the sealing surface occurs, while this is not the case in another part. As a result, certain parts of the seal are compressed and others are stretched excessively.

Het gevolg is dan ook dat in de bekende leidingkoppelingen de afdichtingen een beperkte levensduur 25 hebben en regelmatig moeten worden geïnspecteerd en vervangen waarvoor echter de gehele leidingkoppeling moet worden gedemonteerd en de olieproductie moet worden gestopt.The consequence is therefore that in the known pipe couplings the seals have a limited service life and have to be inspected and replaced regularly, for which however the entire pipe coupling must be dismantled and oil production stopped.

De uitvinding beoogt deze bezwaren te ondervangen. Volgens de uitvinding is hiertoe in elke toe- en afvoerleiding een enkelvoudige roteerbare leidingkoppeling met kleine diameter opgenomen en vindt de rotatie van de beide delen van de meervoudige leidingkoppeling uitsluitend plaats als de verdraaiing van de 30 delen der enkelvoudige leidingkoppelingen een vooraf bepaalde waarde heeft overschreden.The object of the invention is to overcome these drawbacks. According to the invention, a single rotatable pipe coupling with a small diameter is incorporated in each supply and discharge pipe and the rotation of the two parts of the multi-pipe coupling takes place only if the rotation of the parts of the single pipe couplings has exceeded a predetermined value.

Volgens de uitvinding worden de continu en frequent optredende kleine rotatiebewegingen opgenomen door de individuele flexibele koppelingen met kleine diameter waarvan de afdichtingen niet alleen een grotere levensduur hebben doch ook gemakkelijk toegankelijk zijn en tijdens deze bewegingen blijven de beide delen van de grote leidingkoppeling ten opzichte van elkaar geblokkeerd. Slechts wanneer de 35 bewegingen een vooraf bepaalde instelbare hoekwaarde overschrijden worden de beide delen van de leidingkoppeling met grote diameter verdraait en in een nieuwe neutrale stand ten opzichte van elkaar gebracht.According to the invention, the continuous and frequently occurring small rotational movements are absorbed by the individual small diameter flexible couplings whose seals not only have a longer service life but are also easily accessible and during these movements both parts of the large pipe coupling remain relative to each other blocked. Only when the 35 movements exceed a predetermined adjustable angle value are the two parts of the large diameter pipe coupling rotated and brought into a new neutral position relative to each other.

Verdere uitvoeringsvormen en voordelen van de leidingkoppeling volgens de uitvinding zijn beschreven in 40 de volgconclusies terwijl de uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening.Further embodiments and advantages of the pipe coupling according to the invention are described in the subclaims, while the invention is explained with reference to the drawing.

Figuur 1 is een schematische afbeelding van een leidingkoppeling volgens de stand der techniek aan de hand waarvan de nadelen daarvan worden toegelicht; figuur 2 is een schematische afbeelding van een uitvoeringsvorm volgens de uitvinding; figuur 3 is een doorsnede door een eerste uitvoeringsvorm van de koppeling met kleine diameter, 45 bestemd voor een enkele leiding; figuur 4 is een langsdoorsnede door een eerste uitvoeringsvorm van een dergelijke koppeling; figuur 5 is een perspectivische afbeelding van een uitvoeringsvorm van een koppeling met kleine diameter bestemd voor meerdere leidingen; de figuren 6a en 6b zijn langsdoorsneden door een dergelijke koppeling; 50 figuur 7 is een perspectivische afbeelding van een tweede uitvoeringsvorm van een koppeling met kleine diameter bestemd voor meerdere leidingen; figuur 8a is een langsdoorsnede door deze koppeling; de figuren 8b en 8c zijn dwarsdoorsneden door een gedeelte van deze koppeling.Figure 1 is a schematic view of a prior art pipe coupling illustrating the drawbacks thereof; Figure 2 is a schematic representation of an embodiment of the invention; Figure 3 is a section through a first embodiment of the small diameter coupling 45 intended for a single conduit; Figure 4 is a longitudinal section through a first embodiment of such a coupling; Figure 5 is a perspective view of an embodiment of a small diameter coupling intended for multiple conduits; Figures 6a and 6b are longitudinal sections through such a coupling; Figure 7 is a perspective view of a second embodiment of a small diameter coupling intended for multiple conduits; Figure 8a is a longitudinal section through this coupling; Figures 8b and 8c are cross sections through a portion of this coupling.

55 Figuur 1 toont schematisch een roteerbare leidingkoppeling volgens de stand der techniek. Een dergelijke leidingkoppeling wordt bijvoorbeeld aangebracht in een eenpuntsmeerinrichting voor een tanker of een opslagschip. Daar het schip onder invloed van wind en stroming zich rond het meerpunt moet kunnen 193997 2 verplaatsen moet een leidingkoppeling worden toegepast die dit toestaat en een dergelijke koppeling heeft een stationair deel 2 en een ten opzichte daarvan over meer dan 360° verdraaibaar roteerbaar deel 3; in het stationaire deel monden de toevoerleidingen 4, 5 uit en in het roteerbare deel de daarmee corresponderende afvoerleidingen 6, 7. De leiding 5 mondt bijvoorbeeld uit in de centrale kamer 8 en de leiding 4 in de 5 kamer 9 bepaald door de buitenwand 10 en de wand 11 van de binnenkamer 8.55 Figure 1 schematically shows a rotatable pipe coupling according to the prior art. Such a pipe coupling is fitted, for example, in a one-point lubrication device for a tanker or a storage ship. Since the ship must be able to move around the mooring point under the influence of wind and currents 193997 2, a pipe coupling must be used to allow this and such coupling has a stationary part 2 and a part 3 rotatable relative to it; in the stationary part the supply lines 4, 5 open out and in the rotatable part the corresponding discharge lines 6, 7. The line 5 for instance opens into the central chamber 8 and the line 4 into the 5 chamber 9 defined by the outer wall 10 and the wall 11 of the inner chamber 8.

Daar er in de praktijk steeds meer dan twee toevoerleidingen zullen zijn zullen er ook overeenkomstig meer kamers moeten zijn waardoor de leidingkoppeling een grote diameter heeft. Dit betekent echter dat ook de afdichtingen aangebracht tussen de stationaire en roterende delen, zoals de dichtingen 12,13 een grote diameter hebben. Door de samenhang der delen zal, wanneer vervanging van deze dichtingen 10 noodzakelijk is, de gehele leidingkoppeling moeten worden gedemonteerd waardoor alle toevoerleidingen buiten bedrijf moeten worden gesteld en de olieproductie moet worden onderbroken.Since in practice there will always be more than two supply pipes, there will also have to be correspondingly more chambers, as a result of which the pipe coupling has a large diameter. However, this means that also the seals arranged between the stationary and rotating parts, such as the seals 12, 13, have a large diameter. Due to the cohesion of the parts, when replacement of these seals 10 is necessary, the entire pipe coupling will have to be dismantled, so that all supply lines must be taken out of operation and the oil production must be interrupted.

Als gevolg van wind en waterbewegingen zal het met de leidingen 6, 7 verbonden schip voortdurend oscilleerbewegingen uitvoeren rond de draaias van de leidingkoppeling zoals aangegeven met de pijlen 14, 15 en als gevolg van het feit dat de afdichtingen 12,13 door de aanwezigheid van de onvermijdelijke 15 wrijving pas wanneer deze beweging een bepaalde amplitude overschrijdt zullen gaan glijden over het daarmee samenwerkend dichtoppervlak worden de dichtingen 12,13 constant op afschuifdeformatie belast. Wanneer de delen ten opzichte van elkaar bewegen zal door de grote diameter de omtreksnelheid relatief groot zijn.Due to wind and water movements, the vessel connected to the lines 6, 7 will continuously oscillate around the axis of rotation of the line coupling as indicated by arrows 14, 15 and due to the fact that the seals 12,13 are due to the presence of the inevitable friction only when this movement exceeds a certain amplitude will slide over the sealing surface cooperating therewith, the seals 12, 13 are constantly loaded on shearing deformation. When the parts move relative to each other, the circumferential speed will be relatively high due to the large diameter.

Dit alles leidt tot een versnelde slijtage van de dichtingen met de noodzaak van een regelmatige controle 20 en uitwisseling.All this leads to accelerated wear of the seals with the need for regular checking and exchange.

Figuur 2 toont schematisch de volgens de uitvinding verschafte oplossing voor dit probleem. Het stationaire deel van de leidingkoppeling 19 is in deze figuur aangegeven met het verwijzingscijfer 20; daarin monden de stationaire toevoerleidingen 21, 22 uit waarvan er slechts twee zijn getekend. Het ten opzichte van het stationaire deel 20 roterende deel is aangegeven met het verwijzingscijfer 23 en daarin monden uit 25 de leidingen 24 (corresponderend met leiding 21) en de leiding 25 (corresponderend met de leiding 22). Het stationaire deel 20 draagt de tandkrans 26 waarmee in ingrijping is een tandwiel 27 aangebracht op de as 28 van een motor 29, die bijvoorbeeld een in twee richtingen bestuurbare stappenmotor kan zijn. In de leiding 24 is, evenals in de leiding 25, een leidingkoppeling met kleine diameter opgenomen, aangegeven met de verwijzingscijfers 30 resp. 31. Van elk van deze leidingkoppelingen kan het ingaande deel 30a resp. 30 31a verdraaien ten opzichte van het bovenste deel 30b resp. 31b. Deze laatste delen zijn verbonden met de naar het, niet getekende, schip gaande leidingen 32 resp. 33 die met elkaar zijn gekoppeld door de schematisch aangegeven verbinding 34.Figure 2 schematically shows the solution to this problem provided according to the invention. The stationary part of the pipe coupling 19 is indicated in this figure by the reference numeral 20; the stationary supply lines 21, 22 terminate therein, of which only two are drawn. The part rotating relative to the stationary part 20 is indicated by the reference numeral 23, and pipes 25 (corresponding to line 21) and line 25 (corresponding to line 22) open out there from. The stationary part 20 carries the gear ring 26 with which a gear 27 is engaged, which is mounted on the shaft 28 of a motor 29, which may for instance be a two-way controllable stepper motor. In the pipe 24, as in the pipe 25, a pipe coupling with a small diameter is included, indicated by the reference numbers 30 and 30 respectively. 31. For each of these pipe couplings, the input part 30a, resp. Rotate 31a with respect to the upper part 30b, respectively. 31b. The latter parts are connected to the lines 32 and lines going to the ship, not shown. 33 which are coupled together by the schematically indicated connection 34.

De leidingen 32, 33 moeten op de gebruikelijke wijze een rotatie van 360° kunnen uitvoeren rond de hartlijn 35 van he geheel.The pipes 32, 33 must be able to rotate 360 ° around the axis 35 of the whole in the usual manner.

35 Het principe dat aan de uitvinding ten grondslag ligt is dat voor kleine rotaties van de leidingen 32, 33 rond de hartlijn 35 de delen 20 en 23 niet ten opzichte van elkaar bewegen en de optredende hoekstand-verschillen worden opgenomen door de kleine leidingkoppelingen 30 en 31; overschrijdt de rotatie in de ene of de andere richting een bepaalde hoekwaarde dan wordt via de motor 29 het deel 23 naar een nieuwe evenwichtsstand ten opzichte van het deel 20 verdraaid.The principle underlying the invention is that for small rotations of the pipes 32, 33 about the centerline 35, the parts 20 and 23 do not move relative to each other and the angular differences that occur are absorbed by the small pipe couplings 30 and 31; if the rotation in one direction or the other exceeds a certain angle value, part 23 is rotated via motor 29 to a new equilibrium position relative to part 20.

40 Teneinde de hoekverdraaiingen te kunnen waarnemen is de leidingkoppeling 31 gecombineerd met een hoektaster schematisch aangegeven met de delen 38 en 39. Het deel 38 is daarbij een gever en het deel 39 een ontvanger (bijvoorbeeld een optische of inductieve ontvanger) die informatie betreffende de momentane hoekstand der delen ten opzichte van elkaar via de leiding 40 doorgeeft naar een regelinrichting 41 die, wanneer het verschil in hoekafstand een vooraf bepaalde waarde overschrijdt, via de leiding 42 de 45 motor 29 in compenserende zin bestuurt. Dergelijke regelinrichtingen zijn uit de praktijk op zich bekend.40 In order to be able to observe the angular rotations, the pipe coupling 31, combined with an angle probe, is schematically indicated with the parts 38 and 39. The part 38 is a transmitter and the part 39 a receiver (for example an optical or inductive receiver) that provides information regarding the current transmits the angular position of the parts relative to each other via the line 40 to a control device 41 which, when the difference in angular distance exceeds a predetermined value, controls the motor 29 via the line 42 in a compensating manner. Such control devices are known per se from practice.

Door de maatregelen volgens de uitvinding wordt dus bereikt dat de bewegingen van de delen der ’’grote” koppeling ten opzichte van elkaar aanzienlijk minder frequent voorkomen en de afdichtingen daarvan niet constant op afschuiving worden belast zodat de levensduur daarvan aanzienlijk groter zal zijn.By the measures according to the invention it is thus achieved that the movements of the parts of the "large" coupling with respect to each other occur considerably less frequently and the seals thereof are not constantly subjected to shearing, so that the service life thereof will be considerably longer.

De leidingkoppelingen met kleine diameter kunnen op zeer veel verschillende wijzen worden uitgevoerd. 50 Figuur 3 toont schematisch een in het geheel met het verwijzingscijfer 45 aangegeven koppeling met afdichtingsringen 46, 47 die een verdraaiing over een willekeurige hoek tussen de leidingen 48, 49 toelaten. Bij voorkeur echter zal men gebruikmaken van koppelingen waarin de inkomende en de uitgaande leiding van elkaar zijn gescheiden door een enigszins meegevend deel, bijvoorbeeld uit een elastomeer materiaal dat in een bepaalde mate kan deformeren en daarmee een hoekverdraaiing van de leidingen ten opzichte 55 van elkaar kan toelaten - ook een flexibel buisdeel is bruikbaar.The small diameter pipe couplings can be designed in many different ways. Fig. 3 schematically shows a coupling with sealing rings 46, 47, indicated in its entirety by reference numeral 45, which permit a rotation of any angle between the pipes 48, 49. Preferably, however, use will be made of couplings in which the incoming and the outgoing pipes are separated from each other by a somewhat compliant part, for instance of an elastomeric material which can deform to a certain extent and thereby angularly rotate the pipes with respect to each other allow - a flexible pipe section can also be used.

Figuur 4 toont een dergelijke uitvoeringsvorm met een ingaande en een uitgaande leiding; de ingaande leiding 50 is vastgezet in een metalen deel 51 en de uitgaande leiding 52 in een overeenkomstig deel 53;Figure 4 shows such an embodiment with an input and an output conduit; the input pipe 50 is secured in a metal part 51 and the output pipe 52 in a corresponding part 53;

Claims

1. Rotatable multi-pipe coupling comprising a stationary first part of relatively large diameter, divided into mutually separated compartments into which feed pipes open and a second part rotatable relative to the first part also with separated compartments into which discharge pipes open, with between the compartments in the first resp. in the second part, seals permitting rotation of the compartments relative to each other, characterized in that in each supply or discharge pipe a single rotatable pipe coupling with small diameter is included and the rotation of the two parts of the multiple pipe coupling takes place only if the rotation of the parts of the single pipe couplings has exceeded a predetermined value.

System according to claim 1, characterized in that the single rotatable small-diameter pipe coupling is formed by two parts rotatable with respect to each other.

System according to claim 1, characterized in that the single rotatable pipe coupling of small diameter is formed by a rod fixedly connected to the respective pipes by the ends.

3 193997 the parts 51 and 53 are vulcanized to an intermediate piece 54 of elastomer material provided with a central bore 55. The part 54 allows a limited rotation around the centerline 56. Figure 5 schematically shows an embodiment with three input pipes 60, 61, 62 and three corresponding output pipes 63, 64, 65; the incoming pipes are fixed in the bottom plate 66 and the outgoing pipes in the top plate 67; between these plates there is an elastomer part 68 attached thereto with three bores 69, 70, 71 corresponding to the conduits. As figure 6b shows, a limited rotation around the rest position in figure 5 is indicated by the line 72 across the angles + a and - a possible. Figure 7 shows a perspective view and Figures 8a to 8c cross-sectional views of an embodiment in which the output pipes of the small diameter coupling are at an angle to the input pipes. The coupling 75 consists of an outer ring 76 into which the conduits 77, 78, 79 terminate; within this ring and firmly attached thereto is a ring 80 of elastomeric material with channels 81 to 83 corresponding to the pipes 77 to 79 and concentric with this ring 80 is the inner ring 84 in which the pipes 85 to 87 end .

Here too, a limited rotation is possible around the neutral position indicated by line 88 in Figure 7, and this about the angles indicated by + a and -a. Figure 8b shows a section through part of the coupling when it is in neutral position; figure 8c shows the situation when turning over a limited angle a. 20

System according to claim 1, characterized in that the small diameter rotatable pipe coupling is formed by an intermediate piece of elastomeric material provided with several passage channels connected to the respective pipes.

5. Device as claimed in claims 1-4, characterized in that the small diameter pipe coupling (s) is (are) provided with angle position sensors which detect the mutual position of the parts, cooperating with a control device for a displacement motor coupled to the movable parts of the large diameter pipe coupling such that when the displacement of the parts relative to each other has exceeded a predetermined value, a control signal is given which produces a corresponding displacement of equal size of the two parts of the large diameter pipe coupling. Hereby 5 sheets drawing