NO150750B - Flerledningssvivel for foering av fluider - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en flerledningssvivel for

føring av fluider til eller fra flere strømningsledninqer. Svivler av denne art anvendes særlig for overføring av

fluider til og fra skip og andre sjøgående fartøyer.

I de senere år er leting etter olje og gass til sjøs blitt stadig utvidet og man har nå kommet frem til områder med dypt vann og hårde værbetingelser som f.eks. i Nordsjøen.

For å lette produksjonen av olje og gass fra fjerntliggende oljefelter til sjøs, er det utviklet kompliserte tankskips-fortøyningssystemer som tjener til å sentralisere produksjons-steder for hele feltet. Vanligvis strekker en bunt av fleksible fluidumledninger seg fra et sted under vann til fortøynings-stedet og muliggjør overføring av fluider mellom en fortøyet tanker og undervannsstedet. F.eks. kan visse fluidumledninger benyttes for å transportere olje og gass til tankskip, mens andre fluidumledninger kan benyttes for å injisere væsker eller gasser tilbake til feltet for stimulering av brønnen eller -

for lagring.

Under påvirkning av vind og bølger vil tankskipet måtte kunne bevege seg i forskjellige retninger omkring fortøyningsstedet. For å gjøre det mulig for tankskipet å dreie seg og bevege

seg fritt uten å føre til en vridning eller sammenfiltring •

av de forskjellige fluidumledninger som tankskipet er festet til, er det nødvendig å anordne svivelmekanisme for å forbinde fluidumlegemene med fortøyningsstedet. Da flere fluidumledninger er i bruk, er det nødvendig at en slik svivel har muligheter for å tilpasses til flere ledninger. Fluidum-svivler med flere ledninger er for dette formål blitt utviklet, og det skal vises til US patent nr. 2.894.268 og 3.698.433, samt britisk patent nr. 1.444.345 og norsk an-søkning nr. 77 43 69. De fleste kjente svivelkonstruk-

sjoner med flere ledninger krever imidlertid bruk av stasjonære rør som strekker seg fra de fleksible fluidumledninger og som bøyer seg inn til og passer til de enkelte svivelhoder. Hodedelene er vanligvis montert sammen

vertikalt over hverandre. Roterbare manifolder som er plassert ved omkretsen av hodedelene, gir en fluidum-foirbindelse med de stasjonære rør og tillater en fri rotasjon av de ytre fluidumledninger. Begrensningene for denne konstruksjonstype er at den er primært beregnet for drift under lave eller moderate trykk. Høytrykksfluider i de stasjonære rør av denne sviveltype har'en tendens'til å forskyve eller bevege rørene ved det punkt hvor deres albueledd går inn i manifolden og derved danner en for sterk strekkbelastning på svivelhodedelene. Slike store belastninger kan føre til lekkasje over fluidumavtetningene og feil i svivelen. Det er således et behov for en flerledningssvivel som er istand til'også å kunne overføre fluider under høyt trykk.

Svivelen ifølge foreliggende oppfinnelse er en flerledningssvivel for fluider som er istand til å overføre fluider under høyt trykk. Svivelen omfatter generelt flere vertikalt anordnede eller på hverandre anbragte moduler som er fast festet til hverandre. Hver modul inneholder som basis-komponenter en stasjonær sylindrisk aksel og et roterbart hus rundt omkretsen til akselen.

Hver aksel er utformet med en boring med en ledning som rager ut fra basisen til akselen mot siden. Modulens hus står i avtettende samvirke med den ytre side av akselen og kan rotere fritt om akselen. Huset har en åpning og en indre ringmanifold som gir et omkretshulrom rundt utsiden av akselen. Det er således en kontinuerlig fluidbane fra husets åpning gjennom husets manifold og akselledningen til akselens basis. Fluider kan strømme i en hvilken som helst retning langs denne bane, idet en slik strøm forblir uavbrutt av husets rotasjon.

Et første sett fluidumledninger er tilpasset til husets åpninger (f.eks. ved en flensforbindelse). Et andre sett fluidumledninger går: inn i svivelens basis og utstrekker seg oppover gjennom svivelen. Hver av de andre fluidumledninger ender ved den modulaksel som den svarer til og er tilpasset til akselen, idet den ved hjelp av gjenger innsettes i ledningen til akselen ved dens basis. Det foreligger således en fluidumforbindelse mellom de respektive sett av fluidumledninger. Passasjen må være tilveiebragt gjennom de nedre aksler, slik at fluidumledningene kan passere gjennom i retning oppover for å forbindes med modulene som er anordnet over disse aksler.

Ved bruken.av faste stasjonære aksler isteden for hule metallskall, kan det benyttes gjengeinnsetning av hver strømningsledning i den respektive aksel. En slik anordning gir en betydelig større trykkintegritet for svivelen, da trykket som utøves av fluider som passerer gjennom svivel-modulen befinner seg i akselledningen.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under hen-visning til tegningen som viser: Fig. 1 et skjematisk riss av en flerledningssvivel ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 et tverrnsitt av fluidumledningene til svivelen langs linjen 2 - 2 på fig.. 1 ,

fig. 3 et deltverrsnitt av svivelen på fig. 1 langs linjen 3 - 3 på fig. 2,

fig. 4 et tverrnsitt av toppsvivelmodulen langs linjen 4-4 på fig. 3,

fig. 5 et forstørret deltverrsnitt av opplagrings-og avtetningsanordningen for toppsvivelmodulen.

Svivelen ifølge oppfinnelsen kan omfatte flere moduler som er stablet vertikalt på hverandre for å tilveiebringe flere rotasjonsmuligheter for en serie av strømningsledninger.

Fig. 1 viser en utførelse med seks modulsvivler som er istand til å håndtere seks adskilte strømningsledninger. Svivelen er utformet for å gi h<y>er enkelt strømningsledning muligheten for uavhengig rotasjon om 360° rundt en vertikal akse.

Utførelsen på fig. 1 viser en flerledningssvivel 10 som inneholder seks moduler 12a - f, som er vertikalt anbragt på hverandre og montert til hverandre. Fluidumledningene 14a - f går inn i svivelen gjennom basisplaten 16 og står i fluidumforbindelse med deres tilsvarende svivelåpninger 15a - f. Da fluidene kan strømme gjennom svivelen i enten innkommende eller utgående retning, kan åpningene tjene som innløps-eller utløpsledninger for svivelen. Hvis f.eks.

den første svivelmodul 12a benyttes til gassinjeksjon, vil gass bli innført gjennom åpningen 15a og vil føres ut

gjennom fluidumledningen 14a. Likeledes kan olje som kommer fra en undersjøisk brønn gå inn i svivelen 10 gjennom strøm-ningsledningen 14f og vil føres ut fra åpningen 15f. Således vil flerledningsutformingen av svivelen tillate anvendelse av flere funksjoner, så som oljeproduksjon og gassinjeksjon.

Fig. 2 viser et tverrsnitt av fluidumledningene 14a - f gjennom basisplaten 16 langs linjen 2 - 2 på fig. 1. Tverrsnittet viser at fluidumledningene kan ha forskjellig diameter i avhengighet av den funksjon som utøves eller det fluidum som håndteres. Hvis f .eks. fluidumledningen' 14a benyttes for gassinjeksjon, vil den være en ledning med liten diameter som er istand til å benyttes ved meget høye trykk (f.eks. 527 kg/cm 2). De andre strømningsled-ninger som fører forskjellige fluider og utfører forskjellige funksjoner, kan ha større diametre og drives ved noe lavere trykk (f.eks. 210 - 351 kg/cm 2). Et stigerør (ikke vist) kan benyttes for å omhylle og understøtte fluidumledning-bunten når den utstrekker seg fra sjøbunnen til svivelen.

Fig. 3 viser et deltverrsnitt av flerledningssvivelen langs linjen 3 - 3 på fig. 2. Da linjen 3-3 skjærer gjennom strømningsledningene 14a, c og f, er bare de frilagte tverrsnitt av modulene 12a, c og f vist på fig. 3. Det skal imidlertid bemerkes av modulen 12b svarer til og er utskift-bar med modulen 12c. Likeledes kan modulene 12d, 12e og 12f skiftes ut med hverandre.

Hver modul inneholder to hovedkomponenter, en aksel og et hus som roterer rundt akselen. Hvis det brukes modul 12a som et eksempel, er akselen 18a utformet av et fast metall-stykke. I akselen er det anordnet en rettvinklet boring 21a som tjener som en ledning gjennom akselen og som et albueledd for å forandre retningen for fluidumstrømmen i svivelen. Rundt omkretsen til akselen 18a er det anordnet et hus 17a, som tillates å rotere eller dreie seg rundt akselen. Såvel huset som akselen er maskinert slik at en manifold 24a toroidalt omhyller akselen. Rotasjonsvirk-ningen på huset vil bli forklart nedenfor. Tilsvarende hus 17c og 17f, aksler 18c og 18f, manifolder 24c og 24f og rettvinklede boringer 21c og 21 f er vist for modulene 12c og 12f.

Fluidumledningen 14a går inn i svivelen 10 ved basisplaten

16 og utstrekker seg gjennom passasjene som er boret gjennom aksene til de andre svivelmoduler 12b, c, d, e og f og er gjengeforbundet ved sin øvre ende med det vertikale segment av boringen 21a. Således tilveiebringer fluidumledningen 14a en fluidumbane mellom basisplate 16 og akselen 18a.

Fluidumforbindelse mellom åpningen 15a og akselen 18a er tilveiebragt av huset 17a. Fig. 4 viser et tverrsnittsriss av modulen 12a langs linjen 4 - 4 på fig. 3 og viser fluidum-banen i huset 17a. Åpningen 15a er tilpasset til det tan-gensielle rørutløp 30a på huset 17a. Manifolden 24a er toroidalt formet i huset for å gi en ringformet strømnings-bane rundt akselen 18a. Av fig. 3 fremgår det at akselen 18a omfatter et omkretsspor motsatt til manifoldstrømnings-kanalen for å øke den generelle bredde for kanalen. Langs den indre kant er manifolden åpen mot akselen for å tillate strømmen av fluider inn og ut av det horisontale segment til den rettvinklede boring 21a. Således vil det uavhengig av rotasjonsstillingen for huset 17a bibeholdes en fluidum-strøm mellom akselen og huset. Fig. 3 viser ai kontinuerlig fluidumbane som utstrekker seg fra basisplaten 16 til åpningen 15a. Kontinuerlige fluidumbaner er på tilsvarende måte anordnet i de andre moduler.

Da modulen 12a er toppmodulen, må det anordnes en passasje for ledningen 14a gjennom alle de andre modulaksler 1 2b - 12f. Av denne grunn er hver modulaksel under modulen 12a utformet med en vertikal passasje som er nøyaktig innrettet med det vertikale segment til den rettvinklede boring 21a. Diameteren til de innrettede passasjer bør være tilstrekkelig for å tilpasses til fluidumledningen 14a som utstrekker seg gjennom passasjen. Modulen 12f som er den nederste av modulene, må inneholde fem riktig innrettede og dimensjo-nerte passasjer i akselen 18f for å tilpasses til ledningene som utstrekker seg fra de ovenfor liggende moduler.

Da modulen 12a er toppmodulen og den minste, er det hen-siktsmessig å plassere fluidumledningen 14a sentralt gjennom aksen til svivelen 10. Alle de andre fluidumledninger vil derfor bli avstandsplassert fra og parallelt til ledningen 14a. Denne innretning svarer til plasseringen av de innkommende fluidumledninger, som er vist i tverrsnitt på fig.2.

En ytterligere fremstilling av fluidumledningsanordning fremgår av fig. 2 og tverrsnittet av modulene 12c og 12f på fig. 3. Modulen 12c inneholder også basiskomponentene til en aksel 18c og et hus 17c. Strømningsledningen 14c er gjengeforbundet ved sin øvre ende med ledningen 21c og gir en fluidumbane som utstrekker seg fra basisplaten 16 til åpningen 15c via manifolden 24c og den rettvinklede boring 21c. Modulen 12f er utformet på tilsvarende måte.

Begge moduler 12c og 12f inneholder passasjer som er gjennomboret gjennom akselen for å tilveiebringe banene for strømningsledningene som utstrekker seg nedover fra modulene som er plassert over hver av de respektive moduler. Tverrsnittet viser passasjen 31 i akslene 18c og 18f, som er tilpasset strømningsledningen 14a, og passasjen 33 i akselen 18f, som er tilpasset strømningsledningen 14c. Ikke vist i tverrsnitt på fig. 3 er passasjen som er anordnet for strømningsledningen fra modulene 12b, 12d og 12e.

For å gi en utskiftbarhet inneholder akslene til modulene 12d, 12e og 12f det samme antall passasjer, selv om ikke alle er nødvendige, med unntak av i akselen 18f. F.eks-inneholder akselen til modulen 12d klaringspassasjer (ikke vist) for ledningene 14e og 14f, selv om ledningen 14e som er gjengeforbundet til akselen på modulen 12e ender ved modulen 12e, og ledningen 14f som er gjengeforbundet med akselen til modulen 12f, ender ved modulen 12f. Tilsvarende inneholder akslene til modulene 12b og 12c det samme antall passasjer, selv om bare akselen 18c krever alle passasjer. Ledningen 14c er gjengeforbundet til akselen 18c og ender ved modulen 12c og derfor er det ikke nødvendig å føre den gjennom akselen til modulen 12b. Hvis en utskiftbarhet ikke er et ønsket trekk, kan hver aksel ganske enkelt ut-styres med det antall passasjer som er nødvendig aktuelt for plassering på sviveloppstillingen.

Svivelmodulene er sammenlåst i en stabel, som vist på fig.

1 og 3, ved hjelp av lange bolter (ikke vist) som utstrekker seg gjennom hver av modulakslene og som, med unntak av modulen 12f, er gjenget inn i akselen til den nedenfor liggende modul. Boltene til modulen 12f er gjenget til basisplaten 16. For videre å sikre modulanordningen, har hver aksel en skulder ved en ende og en avtrapning ved den andre for å tillate en tett, konsentrisk innretning av akslene når de stables på hverandre. Som f.eks. vist på fig. 3, viser 41 til anlegget for den nedre eller skulderforsynte ende på akselen til modulen 12e mot den øvre eller avtrappede ende på akselen 18f til modulen 12f.

Fordelen ved svivelutførelsen som er beskrevet ovenfor er

at den gir en mye større trykkintegritet enn flerlednings-svivler som er tidligere kjent. Ved anvendelse for hver

modul av en fast aksel med en boret ledning og ved innsetting av gjengede strømningsledninger i ledningen, vil de trykk som utøves av fluidene som passerer gjennom modulen, holdes fullstendig innenfor røret og akselledningen. Derfor vil ingen

strekkbelastning på sammenfestingsbolter som sikrer modulene til hverandre oppstå fra det indre ledningstrykk. Følgelig vil flerledningssvivelen ifølge oppfinnelsen lett kunne over-føre høytrykksfluider.

En ytterligere faktor som gir en forbedret trykkintegritet for svivelen ifølge oppfinnelsen er avtetningsanordningen som er anordnet i hvert svivelhus. Fig. 5 viser i et for-størret riss et segment av akselen 18a og huset 17a på modulen 12a. Avtetningsutformingen som er vist på fig. 5 tillater trykkutjevning over avtetningen og derved reduk-sjon av slitasje og en øket effektivitet for avtetningen.

Fig. 5 viser den konsentriske opplagring 56 som omfatter en ytre ring 56a og en indre ring 56b og ruller 56c, som er avtettet fra fluidumet i manifolden 24a til huset 17a ved hjelp av avtetninger 58 og 59. Mellom avtetningene 58 og 59 er det en ringformet stempelring 55 som er en ring med stor diameter som har et tynt tverrsnitt. På den ytre side av lageret 56 er det en ytterligere avtetning 60 som isolerer lageret fra omgivelsen, på utsiden av svivelhuset og holder smøreoljen som fullstendig fyller rommet mellom avtetningene 58, 59 og 60 på plass (avtetningsholderingen 57 holder avtetningen 60 på plass). Når således ringhulrom-met til huset 17a er fylt med produktfluidum og utsettes for trykket i ledningen, vil krefter som resulterer av dette trykk virke på flaten til stempelringen 55. På grunn av at smøreoljen i lagerhulrommet er i det vesentlige inkom-presibel, vil trykket i det oljefylte hulrom bli lik trykket i svivelhuset på grunn av trykket som utøves av det fritt-flytende ringstempel. Likeledes på grunn av at trykket på begge sider av stempelringen 55 er likt, vil avtetningene 58 og 59 i kontakt med de respektive indre og ytre diametre på stempelringen 55 ikke kreve en avtetning mot trykk. Ethvert fortrykk, som f.eks. utøvet av en bladfjær eller lignende fjær i avtetningen, vil være tilstrekkelig til å forhindre strøm av fluider over avtetningen når det ikke er noe trykkdifferensial. Derfor vil alt trykk i svivelhuset 17a overføres gjennom ringstemplet 55 til smøreoljen i lagerhulrommet og til slutt til avtetningen 60. Selv om avtetningen 60 omfatter trykket i svivelhuset, drives den i ren oljeomgivelse. På den^annen side vil avtetningene 58 og 59, selv om de ligger fritt tilgjengelig for alle foru-rensninger som kan eksistere i produktfluidet, drives ved et trykkdifferensial på null. Ved intet trykkdifferensial, vil muligheten til at fremmede materialer med slipende egen-skaper tvinges innunder leppen til avtetningen minimaliseres. Avtetningen og lageranordningen, som er vist på fig. 5, for modulen 12a kan også benyttes for de andre fem moduler.

Det er klart at oppfinnelsen gir betydelige fordeler over-for de tidligere kjente flerledningssviveler. Selv om oppfinnelsen er beskrevet ved hjelp av ovenstående utførelses-eksempel er det klart at den ikke er begrenset til dette,

men at mange modifikasjoner kan foretas innenfor oppfinnelsens ramme.

Claims (1)

1. Flerledningssvivel (10) for føring av fluider til eller fra flere strømningsledninger (14a - f), omfattende: a) en øvre aksel (18a), en nedre aksel (18f) og minst en mellomliggende aksel (18e). i) der den nedre aksel (18f) og den/de mellomliggende aksler (18e) hver innbefatter en fluidumledning (21f, 21e) som strekker seg fra akselens basis til akselens side, og et antall strømningsledninger (14a, 14e, 14f) som strekker seg aksialt gjennom akslene (18e, 18f) , ii) og der den øvre aksel (18a) innbefatter en ledning (21a) som strekker seg fra akselens basis til akselens side, b) øvre, mellomliggende og nedre hus (12a, 12e, 12f) som er montert på de øvre, mellomliggende og nedre aksler (18a, 18e, 18f) og som innbefatter: i) en sideåpning (15a, 15e, 15f) gjennom huset (12a, 12e, 12f), og ii) en indre flate som bestemmer i kombinasjon med akselen (18a, 18e, 18f) i det tilhørende hus (12a, 12e, 12f) begrenser et ringformet strømningskammer (24a, 24e, 24f) som er i fluidumforbindelse med sideåpnin-gene (15a, 15e, 15f) til huset (12a, 12e, 12f) såvel som til fluidumledningene (21 f, 21e) som strekker seg fra hver aksels basis til dens side, c) opplagringsinnretninger (56) montert over og under hvert ringformet strømningskammer (24a, 24e, 24f) mellom hvert hus (12a, 12e, 12f) og dets tilhørende aksel (18a, 18e, 18f), hvorved hvert hus (12a, 12e, 12f) er dreibart om sin tilhørende aksel (18a, 18e, 18f), d) avtetningsinnretninger (55, 57 - 60) montert over og under hvert ringformet strømningskammer (24a, 24e, 24f) mellom hvert hus (12a, 12e, 12f) og dets tilhørende aksel (18a, 18e, 18f) og e) innretninger for avtettende å forbinde en strømnings-ledning (14a, 14e, 14f) med bunnåpningen på hver aksel (18a, 18e, 18f), karakterisert ved at I) den nedre og de mellomliggende aksler (18f, 18e) er i det vesentlige identiske og stasjonære, II) det nedre og de mellomliggende hus (12e, 12f) er i det vesentlige identiske, III) hverttil hverandre svarende par av aksel og hus (12a-18a, 12e, 18e - 12f - 18f) er montert med liten klaring, IV) hver strømningsledning (14a, 14e) i den nedre aksel (18f) er innrettet i forhold til en tilsvarende strømningsledning (14a) eller ledning (21a) i den mellomliggende aksel (18e) som ligger an mot den nevnte nedre aksel (18f), mens den mellomliggende aksel (18e) har en strømningsledning (14f) vertikalt over og av-stengt fra den nevnte ledning (21 f) i den nedre aksel (18f) , V) hvert enkelt par av aksel og hus (18a - 12a, 18e - 12e), danner en enkeltledningssvivelmodul beregnet for avtettet overføring av fluidum gjennom ledningen (21a, 21e, 21f) til åpningen (15a, 15e, 15f) i huset (12a, 12e, 12f).