NO154026B - Roerlednings-svivelskjoet. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en svivelskjøt for innmontering

i et stivt rørledningssystem. for høyt trykk, hvor skjøten tillater begrenset vinkelbevegelse av rørledningen og relativ dreiebevegelse mellom rørledninger.

Svivelskjøter anvendes i stive rørledningssystemer hvor rørledninger som er forbundet ende mot ende krever relativ rørledningsbevegelse enten i en vinkel eller på en dreibar måte og hvor rørledningssystemets integritet må bevares under slik deformering. Hittil har svivelskjøter omfattet kuleleddanordninger, elastomere tetninger, dreibare tetninger og andre mekaniske innretninger som tillater en relativ begrenset bevegelse av de innbyrdes forbundne rørledninger. Typiske eksempler på patentbeskyttede rørledningsskjøter er beskrevet i US-PS' 3 390 899, 3 680 895, 3 734 546 og 3 853 337.

Ved monteringen av offshoreanlegg for boring etter olje og gass benyttes stive rørledninger som skal strekke seg mellom boreplattformen og det neddykkede brønnhode og svivelskjøter benyttes ofte i slike anlegg for å oppta skjev-heter, virkninger av vannstrømninger, momenter og andre fak-torer som påfører påkjenninger på rørledningssystemene. Da slike skjøter ofte anbringes flere hundre meter under vannflaten blir det utvendige av skjøten utsatt for meget store væsketrykk mens det innvendige av skjøten som står i forbindelse med en brønn, også kan bli utsatt for meget høye trykk helt opp til 422 kg/cm<2>.

Svivelskjøter som idag er tilgjengelige for anvendelse under slike ugunstige betingelser, har ikke vist seg å være så pålitelige og robuste som det er ønskelig. Det vil forstås at en svivelskjøt som befinner seg flere hundre meter under vannflaten, må ha meget sterke egenskaper når det gjelder pålitelighet under ugunstige arbeidsbetingelser og det er et formål med oppfinnelsen å skaffe en svivelskjøt for en rørledning som er istand til å tåle de påkjenninger som må ventes ved slike anvendelser.

Det er et annet formål med oppfinnelsen å skaffe en svivelskjøt for en rørledning for anvendelse i stive rørled-ningssystemer for høye trykk, hvor skjøten er istand til å opprettholde sin fullstendige helhet overfor fluidum når det gjelder både innvendig og utvendig trykk under begrenset vinkelavbøyning for den tilhørende rørledning og under dreiekrefter i den tilhørende rørledning.

Et annet formål med oppfinnelsen er å skaffe en svi-velskjøt for en rørledning som anvender elastomert sammensatte komponenter, hvor innledende relative rørlednings-dreiekrefter opptas inne i en elastomer og hvor større relative dreiekrefter absorberes i en dreielagerkonstruksjon.

Ennå et formål med oppfinnelsen er å skaffe en svivelskjøt for en rørledning som anvender en elastomer lag-ring, hvori innledende momentkrefter mellom tilhørende rør-ledninger deformerer den elastomere, mens større momentkrefter dreier hele lagerkonstruksjonen.

Det er også et formål med oppfinnelsen å skaffe en svivelskjøt for en rørledning under anvendelse av trykklag-ringer og tetningsorganer, hvor svikt i trykklagringene ikke vil påvirke tetningsegenskapene for skjøten, og hvor det er anvendt rikelige tetninger for tetning mot innvendig og utvendig fluidumtrykk.

Alle disse nevnte formål er løst med oppfinnelsen som har de karakteristiske trekk som fremgår av de etterfølg-ende krav.

Oppfinnelsen vil bedre forstås 05 ytterligere formål og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av følgende beskriv-else under henvisning til tegningene, hvor fig. 1 er et dia-metralt lengdesnitt av en rørlednings-svivelskjøt i samsvar med oppfinnelsen, fig. 2 er et oppriss delvis i snitt etter linjen II-II på fig. 1, fig. 3 er et oppriss av det elastomere lagerutstyr i og for seg, idet den øvre halvdel er vist i snitt, og fig. 4 er et oppriss delvis i snitt av lagerutstyret tatt etter linjen IV-IV på fig. 3.

Med henvisning til fig. 1 vil den generelle sammen-heng mellom hovedkomponentene for en svivelskjøt i en rør-ledning i samsvar med oppfinnelsen bedre forstås. Svivel-skjøten er generelt betegnet med 10 og er vanligvis instal-lert ved at den er innskutt mellom et par stive rørledninger vist ved 12 og 14. Rørledningene er festet til skjøten ved hjelp av sveiseforbindelser 16. Skjøten inkluderer en hoveddel 18, på hvilken er montert en ringformet holder 20 ved hjelp av et flertall gjengede bolter 22. En rørformet hylse 24 fastholdes inne i hoveddelen ved hjelp av holderen 20 og det elastomere lagerutstyr er generelt betegnet med 26. Rør-ledningen 12 er festet til hoveddelen 18 mens rørledningen 14 er sveiset til den frie ende av hylsen 24 som det vil fremgå av fig. 1.

Hoveddelen 18 er forsynt med en boring 28 som er konsentrisk og kommuniserer med boringen i rørledningen 12, som munner ut i en fordypning 30. Fordypningen 30 inkluderer et par O-ringtetninger 32 og en ringformet avstrykerring 34 for samvirke med andre komponenter i skjøten som skal omtales nærmere senere. Et ringformet konisk trykklager 36 er montert på fordypningsflaten 38 og dette trykklager er aksialt motsatt i forhold til et tilsvarende trykklager montert på holderen 20.

Holderen 20 har også ringform inklusive en indre åpning 40, en skrått radialt forløpende overflate 42, mot hvilken trykklageret 44 er festet og holderen inkluderer en aksialt forløpende kant som har tettende kontakt med 0-ringer 32, fig. 1. Gjengebbltene 22 strekker seg gjennom-åpninger 45 avgrenset i holderen for gjenget inngrep med gjengeboring-ene 46 i hoveddelen 18 og en ansats 48 på holderen i en avstand og motsatt aksialt i forhold til en ansats 50 i hoveddelen adskilt ved hjelp av en forspent skive eller avstands-del 52. Forspenningsboltene 22 er forsynt med hoder 54 og er fortrinnsvis av typen Allen.

Lagrene 36 og 44 kan være av typen med glassfylt tef-lon og holderen 20 er forsynt med et antall ringformede spor som skjærer den sylindriske åpning 40, hvori ringformede leppe-tetninger 56 og 58 er anbragt, såvel som den elastomere tetning 60.

Hylsen 24 har rørform med en innvendig boring 62 hovedsakelig identisk med hoveddelens boring 28 eller noe mindre og hylsen inkluderer en i ett stykke utformet radialt forløpende flens 64 med en kjegleformet lagerflate 66 som har inngrep med lageret 36 og ringen 34, fig. 1. Hylsens nese er forsynt med et antall rundt omkretsen adskilte fjærformede fremspring 68, fig. 1 og 2, og det sentrale område av. den ytre overflate av hylsen er utformet med én sylindrisk flate 69 mens flensen 64 inkluderer den plane radiale flate 70 for kontakt med det elastomere lagerutstyr 26 som skal beskrives nærmere.

Det ringformede elastomere lagerutstyr vil-frémgå av fig. 1 og 3. Dette utstyr inkluderer en første'ringformet krave 72 i en aksial avstand i forhold til en annen krave'74 og et elastomert materiale 76, såsom gummi, neopren, urethan eller lignende, som er bundet til kravene 72 og 74.. Kraven. 72 inkluderer en plan radial flate 78 for kontakt med.hylsens flenseflate 70 og den gjengede boring 80 som billater et antall skruer 82 å strekke seg gjennom.aksiale åpninger avgrenset i flensen 64 for å feste kraven til flensen. Kraven 72 inkluderer en skrått anordnet radialt forløpende flate 84,. en konveks flate 86 for å understøtte bindingen og sammenset-ning med det elastomere materiale.

Kraven 74 inkluderer en skrått anbragt flate 88 aksialt motsatt i forhold til flaten 84 og denne krave inkluderer også en sylindrisk, aksialt forløpende rørformet forlengelse 90 som er trangt opptatt inne i holderåpningen 40.. Den ytre overflate av forlengelsen 90 har tettende kontakt med tet-ningene 56, 58 og 60 og kraven inkluderer'en lagerflate '92-

i kontakt med trykklageret 44, fig. 1..

Innvendig inkluderer forlengelsen 90 et antall rille-spor eller noter 94 og av fig. 2 vil sees at omkretsdimensjonen av fordypningene eller notene 94 er'betydelig mindre, énn omkretsdimensjonen av fremspringene eller fjærene 68 definert på hylsen 24 og således foreligger en dødgang meilom hylsen 24 og forlengelsen 90 med hensyn til dreiéforskyvning mellom hylsen og forlengelsen.

Et antall koniske ringer 96 er- innleiret i det elastomere materiale 76 mellom kravene 7.2 og 74 og ringene har innbyrdes avstand hvori er anbragt elastisk materiale mellom dem. Disse skiver bidrar til avstivning av det elastiske lager^-utstyr i forhold til vinkelavbøyningen av ledningene 12 og 14 og bidrar likeledes til å holde det elastiske materiale 76

sentrert under dreiedeformering av samme.

Lagerenheten 26 vil være fremstilt separat fra hylsen 24 i et støpeutstyr som er istand til injisering og forming eller støping av elastomert materiale omkring kravene 72 og 74 og lagerutstyret boltes til hylseflensene 64 med skruer 82. Lagerutstyret 26 og flensen 64 utgjør sammen en lagerholderkonstruksjon for hylsen 24 og hylsen er fastholdt inne i hoveddelen 10 ved hjelp av holderen 20.

Det vil forstås at når boltene 22 som fester holderen til hoveddelen, trekkes til vil den aksiale dimensjon mellom trykklagrene 36 og 44 avta, hvilket påfører flensen 64 og kraven 74 en friksjonskraft. Den endelige verdi av denne friksjonskraft vil avhenge av avstanden mellom ansats-ene 48 og 50 bestemt av forspenningsavstandsstykkene 52 og ved å anvende avstandsstykker med forskjellig tykkelse kan graden av forbelastning på lagerutstyret reguleres nøyaktig. Selvsagt vil på grunn av materialets 76 elastiske natur for-belastningen av trykklagrene mot lagerutstyret bevirke en viss radialt utover rettet deformering av det elastomere materiale og graden av forspenning er slik at den sikrer at maksimalt tillatt dreiedeformering finner sted inne i det elastiske materiale før hylsen dreier seg på lagrene 36 og 44 i forhold til hoveddelen og holderen. '

Ved bruk vil skjøten 10 innbyrdes forbinde rør-ledningene 12 og 14 og fluidum inne i rørledningene vil ikke unnslippe i betraktning av de tettede og sammensatte forhold mellom hoveddelen 18, holderen 20 og hylsen 24. F.eks. i tilfellet av svikt i lagrene 36 eller 44 vil tetningen 56 hindre fluidum i å unnslippe fra skjøten og tetningen 58 vil hindre fluidum fra å lekke inn i skjøten hvis denne befinner seg noen hundre meter under vannflaten. Tetningen 60 bidrar til tetning av skjøten mot fluidumlekkasje innvendig eller utvendig.

En radial klaring foreligger mellom hylsen 24 og kraveforlengelsen 90, hvilken tillater begrenset vinkelavvikelse av rørledningene 12 og 14 i forhold til hverandre og elastisitet frembragt av det elastiske materiale 76 tillater slik vinkelavvikelse.

Når rørledningene 12 og 14' utsettes for relative dreiemoment-krefter vil disse bevirke åt kilefremspringene 68 dreier seg inne i forlengelsens fordypninger.94 og på grunn av dødgangen frembragt ved dimérisjonsegenskapene" for denne kileforbindelse vil slike dreiekrefter frembringe en vridning eller deformasjon inne i det elastiske materiale. 76 gjennom kraven 72 som frembringer en forspenningskraft mot dreiemomentkreftene som motvirker slike dreiemomentkrefter uten å påtrykke ødeleggende påkjenninger på skjøten. Relativ dreieforskyvning om rørledningenes akse opptil ca. 20° er mulig bare ved deformering inne i det elastiske materiale 76.

Hvis det opptrer mer enn 20° dreieforskyvning mellom rørledningene 12 og 14 vil fremspringene 68 få kontakt med sidene i fordypningene 94 og frembringe et positivt inngrep mellom hylsen og forlengelsen som vil dreie forlengelsen 90 og kraven 74. Når dette skjer vil både hylsen 2.4 og hele lagerutstyret 26 bli dreiet i like stor girad på lagrene 36 og 44 og rørledningen 12 kan dreies hele 360° eller mer i forhold til rørledningen 14 uten å påføre svivelskjøten skade-lige krefter.

Det vil således forstås at svivelskjøten ifølge oppfinnelsen gir en innledende forspennende momentkraft for relativ dreiebevegelse av rørledningen på'20° eller mindre og frembringer allikevel en lagerholder som tillater fullstendig omdreining uten å overbelaste skjøtens komponenter. Anord-ningen skaffer en forspenning ved motmoment ved alle forskyv-ninger og momentkreftene som er påkrevet for å sikre opera-sjon i rekkefølge av den elastiske deformering og lagefom-dreiningen, er nøyaktig regulert ved anvendelsen av avstands-stykkene 52. Det ovenfor beskrevne utstyr er av en meget pålitelig art som er istand til å bibeholde ét effektivt tet-ningsforhold selv om der opptrer lagersvikt.

Det vil forstås at det kan foretas forskjellige modifikasjoner av oppfinnelsens ideer av fagfolk' på området uten å avvike fra oppfinnelsens ånd og grunntanke. F.eks. kan fremspringene 68 og fordypningene 94 ha forskjellige .former såsom avgrensede fremspring på forlengelsen 90 som skal opptas inne i fordypninger i en slisset krave festet på hylsen 24. Selvsagt må slike kileorganer tillate relativ rotasjonsdød-gang som er ønsket mellom hylsen 2 4 og forlengelsen 90, men den nøyaktige form av kilekonstruksjonen er ikke kritisk.

Claims (9)

1. Rørlednings-svivelskjøt omfattende kombinasjonen av en første ytre hoveddel (18) med en aksial gjennomgang (28), en annen indre hoveddel (24) med en aksial gjennomgang (62) koaksial med den første hoveddel-gjennomgang, rørlednings-festeorganer avgrenset på hoveddelene for feste av rørled-ninger til samme i forbindelse med den tilhørende gjennomgang, og bæreorganer (26) som innbyrdes forbinder hoveddelene for relativ dreiende bevegelse om gjennomgangenes akser for samme, karakterisert ved at bæreorganene inkluderer to aksialt adskilte kraver (72, 74) av hvilke kraven (72) er integrert med indre hoveddel (24) og den andre krave (74) er begrenset dreibart opplagret på den indre hoveddel (24), at kravene er bundet til et elastomert materiale som tillater begrenset relativ dreiebevegelse ved deformering av det elastomere materiale (76) og at lagerorga-ner (36, 44) er anordnet mellom kravene (72, 74) og den ytre hoveddel (18) og muliggjør lagerunderstøttet relativ dreiebevegelse av nevnte hoveddeler og at dreiemoment-regulerings-organer (48-52) er montert på den første hoveddel som regulerer det dreiemoment som er nødvendig for å frembringe lager-understøttet relativ dreiende bevegelse av nevnte hoveddeler og etter den innledende begrensende dreiedeformering av det elastomere materiale dreier hele den indre hoveddel med kravene (72, 74) seg i forhold til den ytre hoveddel (18).

2. Svivelskjøt ifølge krav 1, karakterisert ved en lageropptagende flate (66) avgrenset'på minst én av de nevnte kraver for kontakt med et lager (36) avgrenset på den første hoveddel (18), idet de momentregule-rende organer (48-52) aksialt innstiller lageret på den første hoveddel for å forandre graden av friksjonskontakt mot lagerkontaktflaten.

3. Svivelskjøt ifølge krav 1, karakterisert ved at lagerorganene omfatter en første dreibar lagerflate (36) avgrenset på den første hoveddel og anordnet på tvers av og konsentrisk med denne, at den andre indre hoveddel og rørledningsfesteorganene omfatter hhv. en rørformet hylse (24) og en hylse for feste av rørledningene , en ringformet holder (20) med en sentral åpning løsbart festet på den første hoveddel i aksialt motsatt forhold til lager-flaten, festeorganer (22) som løsbart fester holderen på denne hoveddel, en andre dreibar lagerflate (44) avgrenset på holderen konsentrisk med den første hoveddels akse og i aksialt motsatt forhold til den første lagerflate, idet nevnte hylse strekker seg gjennom holderåpningen og en elastisk hylseholder (26) innskutt mellom og i kontakt med lagerfla-tene som elastisk bærer hylsen på denne hoveddel for relativ elastisk dreiebevegelse i forhold til denne om denne hoveddels akse, idet hylseholderen inkluderer et elastomert materiale (76) som innvendig deformeres for å tillate den be-grensede relative dreiebevegelse mellom den første hoveddel og hylsen under innledende dreiemomentkrefter før nevnte hele hylseholder dreier seg i forhold til begge de nevnte lagerflater.

4. Svivelskjøt ifølge krav 3, karakterisert ved organer (52) som hører til holderen og innstill-bart regulerer dreiemomentet påkrevet for å dreie hylseholderen i forhold til begge de nevnte lagerflater.

5. Svivelskjøt ifølge krav 4, karakterisert ved at festeorganene omfatter gjengebolter (22) som strekker seg i en retning hovedsakelig parallelt med hoveddelens akse og nevnte organer som regulerer momenter påkrevet for dreining av hylseholderen omfatter avstandsstykker som bestemmer den aksiale avstand mellom hoveddelen og holderen og den aksiale avstand mellom de første og andre lågere.

6. Svivelskjøt ifølge krav 3, karakterisert ved at hylseholderen inkluderer en utover radialt forløpende flens (72) avgrenset på hylsen i kontakt med den første lagerflate og et rørformet utstyr som inkluderer en første ringformet krave (78) festet i forhold til flensen, en andre ringformet krave (74) aksialt adskilt fra den første krave i inngrep med den andre lagerflate og en elastomer bundet til nevnte kraver.

7. Svivelskjøt ifølge krav 4, karakterisert ved at den andre krave inkluderer en rørformet forlengelse som strekker seg inn i holderåpningen og tetningsorganer (56-60) innskutt mellom forlengelsen og holderåpningen .

8. Svivelskjøt ifølge krav 3,.. karakterisert ved kileorganer (68) avgrenset på nevnte hylse og . hylseholder innrettet for umiddelbart å overføre dreiemoment mellom hylsen og holderen ved på forhånd fastlagt dreieforskyvning av hylsen omkring hoveddelens akse.

9. Svivelskjøt ifølge krav 8, karakterisert ved at kileorganene inkluderer innbyrdes inngripende rillefordypninger (94) og rillefremspring (68), hvilke rillefordypninger har hovedsakelig større dimensjon enn nevnte fremspring i omkretsretningen for å gi en omkretsdødgang som tillater elastisk deformering i hylseholderen før dreining av hylsen i forhold til begge første og andre lagerflater.