NO145256B - Koblingsstykke for automatisk tilkobling og med beskyttete koblingselementer - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et koblingstykke for automatisk tilkobling og med beskyttede koblingselementer, spesielt beregnet til bruk under vann.

Utnyttelse av petroleumsbrønner på havbunnen er i løpet av de siste år utvidet til dybder som stort sett over-stiger den sone som kan benyttes av dykkere. Det er derfor nødvendig å ha elektriske kretser for styring eller kontroll og hydrauliske kretser mellom en fast struktur som er plassert på bunnen og et fartøy på overflaten. Det er nødvendig å

kunne tilkoble og frakoble kabler og ledninger fra den faste struktur enten i et katastofetilfelle eller dersom overflate-fartøyet skal bevege seg eller utbyttes med et annet.

På det nåværende tidspunkt kjenner man innretninger for å føre sammen og koble en modul, som er opphengt i en kabel under et overflatefartøy, til en fast struktur på

bunnen. Det samme er ikke tilfelle når det gjelder sammen-koblingsstykkene og særlig slike som skal anvendes i tropiske farvann. Det forhold at kontaktelementene bringes i kontakt med havvannet, fører til korrosjon og skjellbelegging, noe som raskt gjør selve koblingselementene defekte. Når det dreier seg om flere elektriske kontakter, vil nærvær av havvannet i koblingsstykket føre til kortslutninger eller i hvert fall til elektriske lekkasjer.

Mere spesielt er det fra US patent nr. 3729699

kjent et forbindelsesstykke. I denne er det imidlertid ingen beskyttelse for hanndelen som er helt eksponert til korrosjon og begroning. Slik korrosjon og begroning kan resultere i vanskelig eller umulig sammenkobling etter at hanndelen har vært neddykket i vann i en viss tid.

Videre viser US patent nr. 3729699 en hylsekontakt som benyttes på lignende måte som ifølge foreliggende oppfinnelse, dvs. at en foring trykkes tilbake av en stoffkontakt.

Foreliggende oppfinnelse har til hensikt å frem-bringe et koblingsstykke som automatisk forbindes og frakob-les, og som kan virke både som elektrisk kobling og hydrau-

lisk kobling,hvis kontaktdeler helt er beskyttet mot korro-

sjon og begroning i sammenkoblet så vel som frakoblet tilstand.

For dette formål frembringes det et koblingsstykke i henhold til den karakteriserende del av krav 1.

Mens en slik konstruksjon generelt ligner det som er beskrevet i enkelte kjente dokumenter, f.eks. US patent nr. 3729699, er det en annen samarbeidsmåte mellom hann- og hunndelen.

Når det dreier seg om elektrisk kobling består fortrinnsvis foringen av et annet stempel av et materiale som er elektrisk isolerende med en diameter som tilsvarer diameteren på stemplet i den konvekse delen og montert glidende i støtte-stykket på den konkave delen, og hvor koblingselementene består av elektriske ringkontakter som med en tett tilknyt-ning er knyttet til den konvekse delen av koblingsstykket. Støttestykket i den konvekse delen kan spesielt monteres glidende i en sylinder som er festet til en plate som likeledes bærer stemplet eller stemplene i den konvekse delen, og som sammen med sylinderen definerer et indre kammer hvor de konvekse koblingselementene er nedsenket når støttestykket er i fremre posisjon og ved ytre ringkammer som står i forbindelse med det indre kammer, og hvor variasjonen i volumet kompenserer volumvariasjoner i det indre kammer når støttestykket forskyves i sylinderen.

Når det derimot dreier seg om en hydraulisk kobling vil over føringsstykket i den konkave delen kunne ha et rør som åpner seg radialt i nevnte passasjer ved en åpning som dekkes av den nevnte foring når det er i hvilestilling, mens stemplet i den konvekse delen av en sentral kanal som i sideveggen på stemplet har en åpning som kan plasseres like overfor åpningen i røret i stykket som samvirker med den faste delen under tilkoblingen, hvor disse åpningene er om-sluttet av tetningslister .

Slike koblingsstykker er heller forskjellige fra de som er beskrevet i den kjente teknikk, spesielt i US patent nr. 2819912, idet det foreligger full beskyttelse for koblingen både i sammenkoblet og frakoblet tilstand.

Som allerede beskrevet i den kjente teknikk, f.eks. US patent nr. 3946805, kan hydrauliske og elektriske koblingsstykker bæres av den sammé modul.

På hvert koblingsstykke er den ene delen festet på den faste struktur og den andre på en bevegelig del såsom en modul, som er opphengt i en bærekabel utstyrt med innretninger for styring og tilnærming. Den endelige tilkobling foregår ved å senke ned modulen mot den faste struktur etter at modulen har fått korrekt stilling og orientering med hensyn til den faste struktur.

Oppfinnelsen forstås bedre ved den følgende be-skrivelse som utgjør spesielle utførelser som gis som ikke begrensende eksempler. Beskrivelsen refererer seg til de vedheftede tegninger, hvor: Fig. 1 er en prinsippskisse av en fast struktur på bunnen og en modul som skal sammenkobles med den faste struktur, i det modulen nærmer seg strukturen og modulen er opphengt i en kabel festet til et overflatefartøy. Fig. 2 er en skisse som i større detalj og i delvis snitt viser en del av modulen og strukturen i fig. 1, med delene i den stilling de vil ha etter at en fullstendig sammenkobling har funnet sted. Fig. 3 og 4 er skisser som illustrerer suksessive trinn under sammenkoblingen av modulen og den faste struktur i fig 1. Fig. 5 og 6 er prinsippskisser som i vertikalt snitt viser de viktigste elementer i en dobbelt elektrisk kobling under tilnærming før sammenkobling (fig. 5), og etter sammenkobling (fig. 6). Fig. 1 viser en fast struktur A plassert på havbunnen på et dyp av flere tusen meter, og en modul B opphengt i en bærekabel 10 under et overflatefartøy C. Modulen skal sammenkobles med strukturen A. Den faste strukturen A er knyttet til en installasjon på havbunnen. Det kan dreie seg om et brønnhode med et hydraulisk system for åpning og lukking av brønnventilene, styrt eller matet fra overflaten, motorer (f.eks. for å manøvrere ventiler) som skal ha veksel-strøm eller likestrøm for å virke, deteksjonsinstrumenter eller måleinstrumenter som gir analoge signaler eller numer-iske signaler som skal overføres til overflaten. Den faste

struktur har en sokkel 11 i form av en plate, med en eller flere åpninger for samvirke med en eller flere innretninger 18 for sentrering og låsing av modulen B.

Sokkelen 11 er utstyrt med hun-deler 13 og tilsvarende han-deler på modulen B. I fig. 1 er vist et forbindelsesstykke 14 for hydraulisk væske, men som man vil se senere, kan oppfinnelsen likeledes anvendes for elektriske koblinger eller for optiske fibre.

Modulen B har en øvre plate 16 som er festet til bærekabelen 10, og en nedre plate 17 som kan forskyves i forhold til den øvre. Vekten av den nedre plate 17 fører til at innretningen 18 for sentrering og låsing av modulen holdes i hvilestilling i en nedre stilling.

Modulen B er forbundet med fartøyet C ikke bare med bærekabelen 10, men også med hydrauliske ledninger 19

og 20 for styring av låsing og løsgjøring, og med hydrauliske og elektriske ledninger som skal kobles til den faste struktur. I fig. 1 er ledningene og kablene vist skjematisk med de to strekene 21 som kan være knyttet til fartøyet C, (eksempelvis en åpen krets med f.eks. oppløsbar olje) eller et nedsenket styringssystem (eksempelvis en hydraulisk sentral med lukket krets).

Innretningen 18 for sentrering og låsing (fig. 2) er utstyrt med et system for forskyvning, tilnærming og overvåking, eventuelt et telefon- eller ultralydsystem. Innretningen 18 har en sylinder 23 festet til den øvre platen 16 og utstyrt med et hode 22 for tilkobling til bærekabelen 10. Et ringformet stempel 24 er glidbart og avfettet montert i sylinderen 23 og rager ut nedentil. I utsparinger i den nedre del av stemplet er det montert knaster 25 som kan dreie seg om en horisontal akse. I en sentral passasje i stemplet 24 er montert et stempel 26 som ender i en spiss 27. En fjør 28 som er plassert mellom en skulder 29 og en indre skulder i stemplet 24, holder stemplet 26 i en stilling som vist i fig. 2, idet en skulder i mansjetten 30 har anlegg mot den øvre del av stemplet 24.

En pressering 32 utstyrt med en returfjør 33 påvirker låseknastene 25. Låseknastenes vippebevegelse er normalt begrenset av at de støter an mot spissen 27. Presseringen 32 kan trekkes tilbake for å få knastene 25 til å vippe i motsatt retning, for slik å gjøre det mulig å få dem til å gå gjennom åpningen 12.

Sylinderen 23 er festet til den øvre plate i modulen og kan gli i en mansjett 34 som er festet til den nedre plate 17. En fjær 35 virker til å skille platene, slik at tilnærmingen mellom dem er begrenset av at stemplet 24 stopper i sylinderen 23. Fjæren 35 virker mot vekten av den nedre plate 17, slik at dennes forskyvning nedover er begrenset av en stoppknast (ikke vist), som finnes i sylinderen 23.

Stemplet 24 skiller et øvre kammer 36 og et nedre kammer 37 i sylinderen 23. Kamrene 36 og 37 er henholdsvis knyttet til ledningene 19 og 20.

Koblingsstykket for hydraulisk væske 14, vist i fig. 2 i tilkoblet tilstand, og skjematisk gjengitt i fig. 3 og 4, skal knytte sammen en ledning 21 med en ledning 38, og knytte hun-delen 13 av koblingsstykket til et hydraulisk styringsorgan.

Hun-delen 13 har et støttestykke 40 som består

av et rørlegeme utstyrt i sin øvre ende med et støttelegeme 39 som er konisk. Støttestykket 40 er festet til platen 11 med et lite spillerom for å kompensere feil i plasseringen av hun-delen og han-delen under tilkobling. I fig. 2 er inn-festingen vist skjematisk i form av et klemmeparti 14 og en mansjett 42 av elastisk materiale. Andre innretninger som gir det nødvendige spillerom kan selvsagt anvendes.

I det rørformede legeme 40 er en rørformet foring eller tetningselement 43 glidbart montert. En fjær 44 holder foringen 43 i en fremre stilling (fig. 3), hvor den dekker den radiale åpning 45 i rørlegemet 40. Foringen 43 kan forskyves tilstrekkelig nedover for å frigjøre denne åpning under pressing av fjæren 44. Pakninger er montert i veggen på foringen 43 på slike steder at de omgir åpningen 45 når foringen er i fremre stilling. -På denne måte er den hydrauliske væske i installasjonen på bunnen skilt fra vannet når modulen er frakoblet. Foringen beskytter videre den del av koblingselementet som består av åpningen 45 når modulen er frakoblet.

Han-delen av koblingsstykket 14 består av et støttestykke 46 med en gjennomgående passasje som er paralell med tilkoblingsretningen. Støttestykkets nedre endeflate 47 er utført for å slutte tett til leiet 39. Denne endeflate 47 kan være konisk eller ha form av en kulekalott. Støtte-stykket 46 har en liten frigang i forhold til platen 17. I passasjen er der glidende montert et stempel 48 som er festet til platen 16 med en innretning som gir den en viss orienter-ingsfrihet, og som kan sammenlignes med den som er anvendt for innfesting av hun-delen av koblingsstykket.

I stemplet 48 er det en sentral kanal 49 som i den ene enden er forbundet med ledningen 21 og i den andre enden er forbundet med stemplets sylinderflate gjennom en eller flere radiale åpninger 50. Åpningen 50 er omgitt av pakninger 51. Så lenge modulen er opphengt i sin bærekabel 10 og følgelig platen 17 er i nedre stilling, vil støttestyk-ket 46 dekke åpningen 50, samtidig som pakningen 51 omgir den og beskytter den mot påvirkning fra havvannet.

Det elektriske koblingsstykke som er vist meget skjematisk i fig. 5 og 6, har en utførelse som kan sammenlignes med koblingsstykket for hydraulisk væske, som vist i fig. 2-4. Av denne grunn vil de deler av koblingsstykket i fig. 5 og 6 som tilsvarer deler som allerede er vist, bli betegnet med de samme referansetall, men påført indeksen a.

Den konkave delen 13a av støttestykket 40a har en endeflate 39a som er konisk eller som har form av en kulekalott.

Koblingselementene består av elektrisk ledende

felt 50a, f.eks. av forgylt kobber, plassert på stemplet 48a av elektrisk isolerende materiale (f.eks. PTFE av elektronisk kvalitet). I hun-delen er elektriske ringkontakter 45a mon-tert i en isolerende sokkel 52 som er festet mellom rørlege-met 40a og en metallring 51 er festet til legemet 40a. For

å unngå at det dannes et ledende vannlag av havvann mellom kontaktene, og for å hindre korrosjon, er det hun-delen 13a pakninger 53 mellom kontaktene 145a og på begge sider av disse. Disse pakninger tetter mot stemplet 43a som påvirkes av en fjær 44a.

Et kammer 54 som er fylt med en hydraulisk og isolerende og beskyttende væske mellom legemet 40a og ringen 51. Kammeret er utstyrt med en deformerbar membran 55 for utjev-

ning av trykk, noe som likeledes gjør det mulig å redusere virkningene av variasjoner i temperaturen.

Han-delen 15a har pakninger 57 som virker mellom støttestykket 46a og en sylinder hvor støttestykket er glid-

bart anordnet, og hindrer at havvann trenger inn mellom stemplet 48 og støttestykket 46a. Pakningen 57 hindrer også

at det trenger inn havvann mellom støttestykket og stemplet 48a. Dessuten har han-delen et kammer 58 mellom støttestykket 46a og sylinderbunnen 56 som er fylt med hydraulisk væske.

Når koblingsstykket er frakoblet, vil støttestykket 46a av en fjær 61 beveges til den i fig. 5 viste stilling hvor kon-

taktene 50a er omgitt av hydraulisk væske.

Volumet av kammeret 58 avtar åpenbart når støtte-stykket 46a forskyver seg til sin fremre stilling. Det er nødvendig å ta imot olje som presses ut. For dette formål har sylinderen 56 en flens på støttestykket 46a som be-

grenser et ringformet ytre kammer 59 som gjennom kanaler 60

er knyttet til det indre kammer 58. Den høyre del av kam-

meret 59 er valgt slik at variasjonene i volum kompenserer nøyaktig volumforandringene i kammeret 58. Et ringformet kammer 61 med variabelt volum som står i forbindelse med det ytre gjennom åpninger 62, sørger for en kompensasjon.

For å lette sentrerningen og unngå virkningen av sedimentasjon, har stemplene 43a og 48a fortrinnsvis komplementære former, og er halvkuleformet i endene i den utførel-

sen som er illustrert i fig. 5 og 6.

Virkningen av innretningen fremgår av beskrivelsen

av de forskjellige deler og det synes ikke æ være nødvendig å gi annet enn en kort gjennomgåelse.

Når modulen B er skilt fra strukturen A og henger

i bærekabelen 10 (fig. 1) vil de forskjellige deler være i de stillinger som er vist i fig. 3 og 5. Koblingselementene er beskyttet idet de er dekket av komplementære stykker og er omgitt av pakninger.

For å få istand en sammenkobling senkes modulen etter at man først har bragt på det rene at den er i korrekt stilling over strukturen A. Det er mulig å få istand dette ved å utstyre modulen B og strukturen A med samvirkende glide-organer.

Innretningen 18 kommer i kontakt med platen 11 med sin spiss 27. Knastene 25 går gjennom åpningen 12 og pres-ser på presseringen 32, som deretter påvirker dem til låse-stillings Innretningen 18 er dermed festet. Støttestykkene 46 for de forskjellige koblingsstykker går i kontakt, den øvre platen 16 senkes ned i forhold til den nedre platen 17 og klemmer sammen fjæren 35 på grunn av sin vekt. Man fører deretter olje under trykk inn i det nedre kammer 37 gjennom ledningen 20. Olje under trykk i kammeret 37 virker deretter på sylinderen 23 med en kraft som føyer seg til vekten av platen 16 og får den til å senke seg. Stemplet 24 påvirkes av en løf.tekraft. En spene 61 holder sylinderen 23 og stemplet 24 ubevegelig i forhold til hverandre i den viste stilling. Den hydrauliske spissen 61 er forbundet med ledningen 20 ved en kanal som ikke er vist.

Han- og hun-delene til de hydrauliske koblingsstykker 14 sammenkobles som vist i fig. 3 (før kontakt), 4 (under sammenkobling) og 2 (sammenkoblingen er utført). Man ser at koblingselementene er beskyttet mot påvirkning av havvann ved hjelp av pakningene som omgir dem inntil like før tilkobling. Det er ikke før den egentlige tilkoblingsfasen at man får en film av havvann som kan komme inn i det ring-formede rom som skiller koblingselementene i stemplet 48 fra koblingselementene i støttestykket 40.

Det skal her bemerkes at hun-delen 13 i koblingsstykket i frakoblet tilstand ikke har noen forsenkninger hvor man kan risikere at det samler seg sedimenter: som vist i fig. 3 er den gjennomboret fra den ene til den annen side

slik at sedimentene kan løpe ut.

Under tilkoblingen vil støttestykkene 46a og

39a og stemplet 48a og 43a nesten samtidig komme i kontakt. Støttestykket 46a og stemplet 43a (det siste kan ha en metall-kjerne for å bli stivere) trekkes tilbake under sammentrykning av de respektive fjærer 61 og 44a. Når tilkoblingen er avsluttet (fig. 6), og før tilkoblingen (fig. 5), er de elektriske kontakter beskyttet mot havvannet med pakninger 53 eller 57, ved oljefilmen som påføres fra kammeren 54 og ved olje som kommer fra kammeren 54 eller kammeret 58.

For å frakoble modulen 3 beveger man den ved hjélp av kabelen 10, og man tilfører samtidig olje under trykk gjennom ledningen 19. Denne olje under trykk virker på sylinderen 23 med en kraft som hever den i forhold til stemplet 24. Samtidig frigjøres spenen 61. Sylinderen 23 stiger samtidig med hodet 22 og stemplet 26. Når sylinderen 23 har løftet seg', vil mansjetten 30 (på hvis overflate virkningen av tryk-ket fra ledningen 9 er meget mindre enn det er i sylinderen 23.) i sin tur heve seg og trekke med seg stemplet' 26. Knastene 25 vil da frigjøres slik at de kan vippe, og derved fri-gjøre innretningen 18. Modulen kan deretter heves. Under frakoblingen, vil forskyvninger som er motsatt av de som er nevnt foran skje med koblingsstykkene.

Det kan nevnes at spenen 61 og/eller stykkene 23

og 24 kan blokkeres eller henge seg opp etter et langt opp-hold under vann. Innretningen i fig. 2 er utført slik at man allikevel skal kunne heve modulen B ved å utøve en rettet trekkraft på kabelen 10. Man ser at under denne trekkraft vil stemplet 26 heves under sammenpressing av fjæren 28 som er fremstilt for å kunne presses sammen med en belastning på noen tonn. , Dermed kan spissen 27 plassere seg over knastene 25, og de kan vippe og dermed frigjøre innretningen 18.

Oppfinnelsen kan selvsagt utføres i en rekke variasjoner både når det gjelder de materialer som benyttes i de forskjellige deler (som vanligvis er av rustfritt stål og marinebronse) og likeledes de isolerende deler (som vanligvis er PTFE). Hvis vekten på modulen er tilstrekkelig kan det være unødvendig å anvende en låsemekanisme.

Claims (5)

1. Koblingsstykke for automatisk tilkobling og med beskyttede koblingselementer, omfattende en hun-del, en han-del og midler for å forskyve den ene i forhold til den andre i tilkoblingsretningen, idet hun-delen omfatter et støtte-stykke (40 eller 40a) utstyrt med minst en passasje, som er paralell med koblingsretningen, og minst et koblingselement (45 eller 45a) i passasjen, og avsluttet med et støtteleie (39 eller 39a), et tetningselement (43 eller 43a) som kan forskyves mot en returfjær (44 eller 44a) i lengderetningen i det indre av passasjen i støttestykket, mellom en fremre stilling hvor det dekker koblingselementet eller -elementene, og en bakre stilling der det avdekker disse elementer, idet han-delen omfatter et stempel (48 eller 48a) som i sideveggen har et eller flere koblingselementer (50 eller 50a) ment til samvirke med de tilsvarende elementer i hun-delen, karakterisert ved at han-delen omfatter et støttestykke (46 eller 46a) som likeledes har minst en passasje parallelt med koblingsretningen, i hvilken passasje det befinner seg et stempel (48 eller 48a), og der enden er ut-ført for på tett måte å føye seg til nevnte støtteleie og sørge for en sentrering av de to deler, idet støttestykket for han-delen er forskyvbart i forhold til stemplet (48 eller 48a), mellom en fremre stilling til hvilken det føres av en fjær (35, 61) og i hvilket det avgrenser et kammer for en hydraulisk beskyttelsesvæske for koblingselementene, og en tilbaketrukket stilling i hvilken koblingselementene springer frem fra støttestykket, og at det forefinnes innretninger for å forskyve mot hverandre støttestykket i hun-delen og stemplet i han-delen under sammenpressing av returfjærer inntil kontakt opprettes, og for å holde han-deler og hun-deler i koblingsstilling.

2. Koblingsstykke ifølge krav 1, karakterisert ved at støttestykket i hun-delen bæres av en fast sokkel (11) som er nedsenket, mens han-delen bæres av en forbindelsesmodul (B) som består av en øvre plate (16) hvor stemplet er tilkoblet, og en nedre plate, som av en fjær holdes i avstand fra den øvre plate, og hvor støttestykket for han -delen er festet, idet den øvre plate er opphengt i en bærekabel (10).

3. Koblingsstykke ifølge krav 1 eller 2-, karakterisert ved at det nevnte tetningselement består av et annet stempel (43a) av elektrisk isolerende materiale med en diameter som tilsvarer diameteren på stemplet (48a) i han-delen og montert glidbart i støtte-stykket (40a) i hun-delen, idet koblingselementene består av elektriske ringkontakter (59a).

4. Koblingsstykke ifølge krav 3, karakterisert ved at støttestykket (46a) i han-delen er montert glidbart i en fast sylinder (56) i den øvre plate (17) idet støttestykket (46a) sammen med sylinderen (56) begrenser et indre kammer (58) hvor han-delens koblingselementer. befinner seg når støttestykket er i fremre stilling, og et ringformet ytre kammer (59) som står i forbindelse med det indre kammer og hvor variasjoner i volumet kompenserer volumforandringene i det indre kammer når støttestykket forskyves i sylinderen -

5. Koblingsstykke ifølge krav 1, karakterisert ved at støttestykket i hun-delen har en kanal (45) som munner ut radialt i nevnte passasje og er dekket av det nevnte tetningselement (43) når dette er i hvilestilling, og ved at stemplet (48) i han-delen har en sentral kanal som munner ut i sideveggen på stemplet med en åpning (50) som plasseres overfor kanalåpningen (45) ved tilkobling, og hvilke åpninger er omgitt av pakninger (51).