NL2013525B1

NL2013525B1 - Koppelinrichting voor het roteerbaar koppelen van cryogene fluïdumleidingen.

Info

Publication number: NL2013525B1
Application number: NL2013525A
Authority: NL
Inventors: Janssen Albert
Original assignee: Kanon Loading Equipment B V
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2014-09-25
Publication date: 2016-09-29
Also published as: WO2016048137A1; CN106715991A; EP3198180A1

Abstract

Koppelinrichting (10) voor het roteerbaar koppelen van fluïdumleidingen voor cryogene fluïda, omvattend een ringvormig buitenlichaam (1) en een ten opzichte daarvan roteerbaar ringvormig binnenlichaam (2), een met het binnenlichaam (2) gekoppelde eerste flens (3) van een eerste fluïdumleiding en een met het buitenlichaam (1) gekoppelde tweede flens (4) van een tweede fluïdumleiding, tussen het buitenlichaam (1) en het binnenlichaam (2) verschafte lagerloopringen met kogels (12), afdichtmiddelen (16, 17, 18, 19) voor het verschaffen van een fluïdumdichte afdichting tussen het buitenlichaam (1) en het binnenlichaam (2), waarbij de kogels (12) zijn verschaft tussen een buitenring (9) en een binnenring (11) van een éénrijig kogellager dat is opgenomen tussen het buitenlichaam (1) en het binnenlichaam (2) en dat wordt begrensd door een tegen het buitenlichaam (1) aangebrachte ringvormige buitenste pakkingdrukker (14) en een tegen het binnenlichaam (2) aangebrachte ringvormige binnenste pakkingdrukker (6).

Description

KOPPELINRICHTING VOOR HET ROTEERBAAR KOPPELEN VAN CRYOGENE FLUÏDUMLEIDINGEN

De uitvinding betreft een koppelinrichting voor het roteerbaar koppelen van fluïdumleidingen voor cryogene fluïda, omvattend een ringvormig buitenlichaam en een ten opzichte daarvan roteerbaar ringvormig binnenlichaam, een met het binnenlichaam gekoppelde eerste flens van een eerste fluïdumleiding en een met het buitenlichaam gekoppelde tweede flens van een tweede fluïdumleiding, tussen het buitenlichaam en het binnenlichaam verschafte lagerloopringen met kogels, en afdichtmiddelen voor het verschaffen van een fluïdumdichte afdichting tussen het buitenlichaam en het binnenlichaam.

Uit het Amerikaanse octrooi US 4 355 827 is bekend een draaibare koppeling voor het verbinden van een paar buizen en voor het overbrengen van fluïdum tussen de buizen bij omgevingstemperatuur en cryogene temperaturen. Een cryogene afdichting tussen relatief draaibare binnenste en buitenste elementen van de koppeling voorkomt lekkage bij cryogene temperaturen, en een omgevingstemperatuur-afdichting tussen de gemeenschappelijke elementen zorgt voor een afdichting bij omgevingstemperaturen en voorkomt dat fluïda in contact komen met de cryogene afdichting. Het afdichtingsamenstel bij omgevingstemperatuur omvat een elastomere O-ring gehouden in het buitenste element en een ringvormige afdichtring bevestigd aan het binnenste element en verend naar de O-ring. Bij omgevingstemperaturen wordt de afdichtring gehouden tegen de O-ring in een fluïdumdichte wijze. Wanneer de temperatuur afneemt, trekt een aantal staven of draden, of een ringvormige huls met een hoge lineaire uitzettingscoëfficiënt de ringvormige afdichtring weg van de aangrenzende O-ring om slijtage daarvan en andere beschadiging daarvan bij lage temperaturen te voorkomen. De relatieve draaibaarheid van de binnenste en buitenste elementen is verschaft door een lagering van een aantal, in casu drie, ringvormige banen met kogels. Een axiale boring biedt een fluïda die eventueel langs de afdichtmiddelen zouden lekken een uitweg naar de buitenwereld, teneinde te voorkomen dat deze fluïda in de kogelruimte zouden belanden en daar de smeermiddelen voor de lagering zouden kunnen verontreinigen.

Aan de bekende draaibare koppeling is een aantal nadelen verbonden. De verschillende afdichtsystemen voor omgevingstemperatuur en cryogene temperaturen, en in het bijzonder een ringvormige buis of een samenstel van staven of draden voor het terugtrekken of aandrukken van een ringvormige afdichtring resulteren in een complexe en daarmee kostbare constructie. Onbekend is in hoeverre deze complexe constructie op langere termijn kan voldoen aan eisen van betrouwbaarheid, en hoeveel onderhoud de constructie vereist. De aanwezigheid van een axiale boring als ontsnappingskanaal voor gelekte fluïda ter voorkoming van vervuiling van smeermiddelen voor de lagering wordt eveneens als een nadeel beschouwd.

Uit US 2 430 445 A is een rotatiekoppeling bekend voor met lucht onder druk gevulde golfgeleiders voor radarinstallaties. Deze rotatiekoppeling is ongeschikt voor het geleiden van cryogene fluïda.

Het is een doel van de uitvinding een koppelinrichting voor cryogene fluïdumleidingen te verschaffen, die geschikt is voor het koppelen van leidingen voor cryogene vloeistoffen met een temperatuur lager dan min 160 C, bijvoorbeeld vloeibaar aardgas. De koppeling dient relatief eenvoudig van constructie, onderhoudsarm en daarmee relatief goedkoop te zijn in exploitatie.

Deze doelen worden bereikt, en andere voordelen worden behaald, met een koppelinrichting van het in de aanhef genoemde type, waarbij de kogels zijn verschaft tussen een buitenring en een binnenring van een éénrijig kogellager dat is opgenomen tussen het buitenlichaam en het binnenlichaam en dat wordt begrensd door een tegen het buitenlichaam aangebrachte ringvormige buitenste pakkingdrukker ("outer gland") en een tegen het binnenlichaam aangebrachte ringvormige binnenste pakkingdrukker ("inner gland"), en waarbij de eerste flens statisch is gekoppeld met de binnenste pakkingdrukker, die op zijn beurt statisch is gekoppeld met het binnenlichaam, en de tweede flens statisch is gekoppeld met het buitenlichaam dat op zijn beurt dynamisch is gekoppeld met het binnenlichaam, welke koppelinrichting wordt gekenmerkt door eerste statische afdichtmiddelen tussen de eerste flens en de binnenste pakkingdrukker, tweede statische afdichtmiddelen tussen de binnenste pakkingdrukker en het binnenlichaam, eerste dynamische afdichtmiddelen tussen de tweede flens en het binnenlichaam, en tweede dynamische afdichtmiddelen tussen de tweede flens en het binnenlichaam.

Bij de vervaardiging van een dergelijke koppelinrichting wordt een gereed éénrijig kogellager tussen het buitenlichaam en het binnenlichaam ingebracht, en worden, anders dan in een koppelinrichting volgens de stand der techniek, geen kogels afzonderlijk en in direct contact met het buitenlichaam en het binnenlichaam ingebracht. Aldus verschaft de uitvinding een koppelinrichting met eenvoudig aan te brengen en betrouwbare afdichtingen, waarbij kan worden afgezien van smeermiddelen voor het lager en van een ontsnappingskanaal voor gelekte fluïda.

Ten minste één van de eerste statische afdichtmiddelen, de tweede statische afdichtmiddelen, de eerste dynamische afdichtmiddelen en de tweede dynamische afdichtmiddelen omvat bijvoorbeeld een afdichtring die is vervaardigd uit een polyethyleen met ultra hoog moleculair gewicht (UHMW PE).

Ten minste één van de eerste statische afdichtmiddelen, de tweede statische afdichtmiddelen, de eerste dynamische afdichtmiddelen en de tweede dynamische afdichtmiddelen omvat bijvoorbeeld een aandrukring die is vervaardigd uit een op nikkel-chroom gebaseerde austenitische superlegering.

Ten minste één van de eerste statische afdichtmiddelen, de tweede statische afdichtmiddelen, de eerste dynamische afdichtmiddelen en de tweede dynamische afdichtmiddelen omvat bijvoorbeeld een afstandhouderring die is vervaardigd uit een corrosiebestendig roestvast staal.

In een voordelige uitvoeringsvorm van een koppelinrichting volgens de uitvinding is ten minste één van de buitenring en de binnenring van het kogellager vervaardigd uit een gehard martensitisch staal.

Bij voorkeur zijn de lagerloopring van de buitenring en de lagerloopring van de binnenring elk voorzien van een wrijving verlagende en slijtage remmende coating.

Bij voorkeur zijn in een koppelinrichting volgens de uitvinding de kogels vervaardigd uit een keramisch materiaal, bijvoorbeeld uit siliciumnitride (Si3N4).

Bij een geschikte keuze van het keramische materiaal heeft men de beschikking over kogels die een hardheid vertonen groter dan die van kogels uit roestvast staal, en is het mogelijk een smeringsvrij lager te construeren.

Om effecten van een axiale belasting op de koppelinrichting te minimaliseren zijn de kogels bij voorkeur in een vierpunts-contact tussen de lagerloopring van de buitenring en de lagerloopring van de binnenring van het kogellager opgenomen.

De uitvinding zal in het volgende worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld, onder verwijzing naar de tekeningen.

In de tekeningen tonen

Fig. la in perspectivisch beeld een uitvoeringsvorm van een koppelinrichting volgens de uitvinding, gezien op de voorzijde, met een eerste flens,

Fig. lb in opengebroken perspectief de in fig. la getoonde koppelinrichting,

Fig. lc in perspectivisch beeld de in fig. la getoonde koppelinrichting, gezien op de achterzijde, met een tweede flens,

Fig. ld de in fig. la getoonde koppelinrichting in vooraanzicht,

Fig. Ie de in fig. ld getoonde koppelinrichting in een dwarsdoorsnede volgens de lijn E-E,

Fig. lf de in fig. la getoonde koppelinrichting in achteraanzicht, en

Fig. 2 in een dwarsdoorsnede een afdichting voor een koppelinrichting volgens de uitvinding.

In de figuren zijn overeenkomstige onderdelen aangeduid met dezelfde verwijzingsgetallen.

Figuren la-f tonen een koppelinrichting 10, samengesteld uit een ringvormig buitenlichaam 1 en een ten opzichte daarvan roteerbaar ringvormig binnenlichaam 2. Een eerste flens 3 is met bouten 5 vast gekoppeld met een ringvormige binnenste pakkingdrukker ("gland innerbody") 6, die op zijn beurt met bouten 7 vast is gekoppeld met het binnenlichaam 2. Een tweede flens 4 is met bouten 8 vast gekoppeld met het buitenlichaam 1. Tussen het buitenlichaam 1 en het binnenlichaam 2 is een gereed kogellager opgenomen, met een buitenring 9, een binnenring 11 waartussen kogels 12 van siliciumnitride (Si3N4) zijn opgesloten in een kooi 13 van messing. Het kogellager 9, 11, 12, 13 wordt verder begrensd door de gland innerbody 6 en een ringvormige buitenste pakkingdrukker ("gland outerbody") 14, die met bouten 15 vast is gekoppeld met het buitenlichaam 1. De lagerloopring van de buitenring 9 en de lagerloopring van de binnenring 11 elk zijn voorzien van een wrijving verlagende en slijtage remmende Xylan coating. Tussen de eerste flens 3 en de binnenste pakkingdrukker 6 is een ringvormige afdichting 16 aangebracht voor een eerste fluïdumdichte statische afdichting. Tussen de binnenste pakkingdrukker 6 en het binnenlichaam 2 is een ringvormige afdichting 17 aangebracht voor een tweede fluïdumdichte statische afdichting. Tussen de tweede flens 4 en het binnenlichaam 2 is een ringvormige afdichting 18 aangebracht voor een eerste fluïdumdichte dynamische afdichting. Tussen de tweede flens 4 en het binnenlichaam 2 is een ringvormige afdichting 19 aangebracht voor een tweede fluïdumdichte dynamische afdichting. De figuur toont voorts nog een afdichting 20 die toegang geeft tot een kanaal waardoor een reinigingsgas, bijvoorbeeld stikstof, door het kogellager kan worden geleid.

Fig. 2 toont in detail de in fig. Ie getoonde ringvormige afdichting 18, die is samengesteld uit een in dwarsdoorsnede U-vormige afdichtring ("jacket") 21 van UHMW PE, een in dwarsdoorsnede V-vormige aandrukring ("spring") 22 van een op nikkel-chroom gebaseerde austenitische superlegering ("Iconel") voor het uitoefenen van een kracht op de afdichtring 21 in axiale richting, en een in dwarsdoorsnede rechthoekige afstandhouderring ("spacer") 23 van een corrosiebestendig roestvast staal ("AISI") voor het uitoefenen van een kracht in radiale richting op de afdichtring 21.

De getoonde koppelinrichting maakt het mogelijk leidingen voor cryogene vloeistoffen met een temperatuur lager dan min 160 C en een inwendige druk tussen 2,5 en 3,5 barg te koppelen, waarbij een aantal van ten minste 400.000 rotaties over een hoek tussen 6 en 10 graden storingsvrij kan worden uitgevoerd.

Claims

1. Koppelinrichting (10) voor het roteerbaar koppelen van fluïdumleidingen voor cryogene fluïda, omvattend een ringvormig buitenlichaam (1) en een ten opzichte daarvan roteerbaar ringvormig binnenlichaam (2), een met het binnenlichaam (2) gekoppelde eerste flens (3) van een eerste fluïdumleiding en een met het buitenlichaam (1) gekoppelde tweede flens (4) van een tweede fluïdumleiding, tussen het buitenlichaam (1) en het binnenlichaam (2) verschafte lagerloopringen met kogels (12), afdichtmiddelen (16, 17, 18, 19) voor het verschaffen van een fluïdumdichte afdichting tussen het buitenlichaam (1) en het binnenlichaam (2), waarbij de kogels (12) zijn verschaft tussen een buitenring (9) en een binnenring (11) van een éénrijig kogellager dat is opgenomen tussen het buitenlichaam (1) en het binnenlichaam (2) en dat wordt begrensd door een tegen het buitenlichaam (1) aangebrachte ringvormige buitenste pakkingdrukker (14) en een tegen het binnenlichaam (2) aangebrachte ringvormige binnenste pakkingdrukker (6), en waarbij de eerste flens (3) statisch is gekoppeld met de binnenste pakkingdrukker (6), die op zijn beurt statisch is gekoppeld met het binnenlichaam (2), en de tweede flens (4) statisch is gekoppeld met het buitenlichaam (1) dat op zijn beurt dynamisch is gekoppeld met het binnenlichaam (2), gekenmerkt door eerste statische afdichtmiddelen (16) tussen de eerste flens (3) en de binnenste pakkingdrukker (6), tweede statische afdichtmiddelen (17) tussen de binnenste pakkingdrukker (6) en het binnenlichaam (2), eerste dynamische afdichtmiddelen (18) tussen de tweede flens (4) en het binnenlichaam(2), en tweede dynamische afdichtmiddelen (19) tussen de tweede flens (4) en het binnenlichaam (2).

2. Koppelinrichting (10) volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat ten minste één van de eerste statische afdichtmiddelen (16), de tweede statische afdichtmiddelen (17) , de eerste dynamische afdichtmiddelen (18) en de tweede dynamische afdichtmiddelen (19) een afdichtring (21) omvat die is vervaardigd uit een polyethyleen met ultra hoog moleculair gewicht (UHMW PE).

3. Koppelinrichting (10) volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat ten minste één van de eerste statische afdichtmiddelen (16), de tweede statische afdichtmiddelen (17), de eerste dynamische afdichtmiddelen (18) en de tweede dynamische afdichtmiddelen (19) een aandrukring (22) omvat die is vervaardigd uit een op nikkel-chroom gebaseerde austenitische superlegering.

4. Koppelinrichting (10) volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat ten minste één van de eerste statische afdichtmiddelen (16), de tweede statische afdichtmiddelen (17), de eerste dynamische afdichtmiddelen (18) en de tweede dynamische afdichtmiddelen (19) een afstandhouderring (23) omvat die is vervaardigd uit een corrosiebestendig roestvast staal.

5. Koppelinrichting (10) volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat ten minste één van de buitenring (9) en de binnenring (11) van het kogellager is vervaardigd uit een gehard martensitisch staal.

6. Koppelinrichting (10) volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de lagerloopring van de buitenring (9) en de lagerloopring van de binnenring (11) elk zijn voorzien van een wrijving verlagende en slijtage remmende coating.

7. Koppelinrichting (10) volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de kogels (12) zijn vervaardigd uit een keramisch materiaal.

8. Koppelinrichting (10) volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het keramische materiaal siliciumnitride (Si3N4) is.

9.

Koppelinrichting (10) volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de kogels (12) in een vierpunts-contact tussen de lagerloopring van de buitenring (9) en de lagerloopring van de binnenring (12) van het kogellager zijn opgenomen.