NO155114B - Koblingsanordning. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en koblingsanordning for sammenkobling

av to elementer med på de mot hverandre vendte koblingsender anbragte koblingsflenser, innbefattende klemklosser for omgriping av de to koblingsflenser og pressing av dem mot hverandre, og en forskyvbar koblingshylse beregnet for påvirkning av klemklossene til samvirke med og pressing av koblingsflensene mot hverandre.

Oppfinnelsen er utviklet i forbindelse med behovet for å

kunne koble sammen to med koblingsflenser forsynte elementer på en driftssikker og fjernstyrbar måte, <p>g særlig tar oppfinnelsen sikte på anvendelse ved sammenkobling av elementer, eksempelvis to rørledninger, under vann, i forbindelse med ut-vinning av olje og gass.

Et særlig aktuelt anvendelsesområde er undersjøiske stasjoner

på så store dyp at anvendelse av dykkere ikke kommer på tale eller bør unngås, slik at man må basere seg på fjernstyring eller bruk av miniubåter. I begge tilfeller må det stilles store krav til de anvendte koblingsanordninger. Således må det være mulig å kunne lukke og åpne samtlige koblinger i en undersjøisk• stasjon eller modul ved hjelp av hydrauliske systemer, og man må kunne fastslå hvorvidt den respektive kobling er helt lukket eller helt åpen, samtidig som tettheten i den lukkede kobling også må kunne overprøves.

Et ytterligere krav er at slike koblinger må kunne åpnes med stor sikkerhet etter at de har vært lukket og inaktive over lengre perioder. Det må også være mulig å foreta en kontinuerlig overvåking av koblingene for oppdagelse av eventuelle lekkasjer. Koblingen må også være beskyttet mot sjøvann og forurensninger.

Oppfinnelsen tar utgangspunkt i en kjent og akseptert koblingsanordning hvor sammenkoblingen av to elementer skjer ved hjelp av klemklosser som presses radielt innover med grep om to mot hverandre lagte koblingsflenser. Klemklossene presses innover ved hjelp av en koblingshylse som beveges slik at den drivpåvirker klemklossene innover til omgripende klemsamvirke med de to koblingsflenser. En slik kobling er sterk og sikker.

Koblingshylsen kan fordelaktig utformes med en innvendig koni-sitet slik at ved en aksialforskyvning av koblingshylsen vil den påvirke klemklossene og skyve disse radielt innover.

Dersom konusvinkelen ikke er for stor vil friksjonen hindre koblingshylsen i å gli tilbake. Imidlertid vil friksjonskoeffi-sienten kunne øke over tid, særlig i et korroderende miljø.

Det kan i slike tilfeller oppstå vanskeligheter når man ønsker

å skyve koblingshylsen tilbake og åpne koblingen. Man kan også oppleve at koblingsanordningen skjærer seg helt slik at den ikke kan åpnes.

Med utgangspunkt i denne problemstilling tar oppfinnelsen særlig sikte på å tilveiebringe en koblingsanordning av den inn-ledningsvis nevnte type, hvilken koblingsanordning baserer sin låsestilling på geometriske forhold og ikke på friksjonskrefter.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det derfor en koblingsanordning for sammenkobling av to elementer med på de mot hverandre vendte koblingsender anbragte koblingsflenser, innbefattende klemklosser for omgriping av de to koblingsflenser og pressing av dem mot hverandre, og en forskyvbar koblingshylse beregnet for påvirkning av klemklossene til samvirke med og pressing av koblingsflensene mot hverandre, idet det som kjennetegner koblingsanordningen ifølge oppfinnelsen er at klemklossene ved hjelp av lenker er opplagret inne i et holderring som er begrenset aksialt bevegbart opplagret i koblingshylsen, idet koblingshylsen har anslagsdeler for anslagssamvirke med hen-holderingen i begge aksialretninger. Holderingen er fordelaktig utformet slik at den virker som en ringformet torsjonsfjær som muliggjør en oversenterbevegelse

av lenkene.

Ved en sammenkobling bringes de to elementer til innbyrdes stilling med koblingsflensene mot hverandre, og ved hjelp av koblingshylsen tvinges så klemklossene radielt innover, idet hver av dem griper om de to koblingsflenser og presser dem sammen. Koblingshylsen skyver holderringen og lenkene over de deri opphengte klemklosser aksialt. Klemklossene vil få anlegg mot den ene koblingsflens og etter hvert presses innover og angripe begge koblingsflenser og trykke dem sammen. Klemklossenes bevegelser radielt innover tilveiebringes ved

at lenkene etter hvert orienteres mer radielt. Etter at lenkene har nådd den radielle stilling forskyves holderringen litt til, slik at det oppnås en oversentersperrevirkning av lenkene.

Dette gir en mekanisk låsing som er basert på geometrien i systemet og ikke på friksjon. En slik mekanisk låsing betyr også at vibrasjoner ikke vil kunne bevirke uønsket åpning.

Når lenkene forskyves forbi den nevnte radielle stilling vil litt av den radielle forspenning avlastes. For at denne av-lastingen skal holdes innenfor godtagbare grenser må hele låsemekanismen ha en tilstrekkelig elastisitet. Dette oppnås ved at holderringen er utformet slik at den virker som en ringformet torsjonsfjær.

Når koblingen skal åpnes kreves det bare en relativ liten

kraft til å bevege lenkene tilbake forbi den radielle stilling. De nesten radielle lenker gir en kraftforsterkning slik at selv en liten drivkraft vil være tilstrekkelig til å gi en kraftig utadrettet drivpåvirkning på klemklossene. Mellom klemklossene og koblingsflensene benyttes det en relativt stor sammenpres-singsvinkel, hvilket gir ytterligere sikkerhet for at klemklossene vil løsne fra koblingsflensene.

Ved en fordelaktig utførelse av koblingsanordningen ifølge oppfinnelsen består holderringen av to ringlegemer som er sammenspent, idet ringlegemene ligger an mot hverandre med en respektiv ringendeflate, med mulighet for begrenset innbyrdes dreiebevegelse i et aksialt snitt, samtidig som hver klemkloss henger i en parallell-lenkmekanisme og de to parallell-lenker er opplagret i hvert sitt ringlegeme. De to ringlegemene kan da dreie seg i forhold til hverandre, sett i aksialsnitt gjennom holderringen, slik at man oppnår den ønskede elastisitet.

Ved en praktisk utførelsesform kan de nevnte ringendeflater

ha samvirkende rygg- og gropelementer som muliggjør den ønskede begrensede innbyrdes dreiebevegelse.

For å ta opp eventuelle skjevheter mellom de enkelte komponenter kan det fordelaktig være anbragt elastisk ettergivende elementer mellom holderringen og koblingshylsen, fortrinnsvis i form av i koblingshylsen innervegg innlagte glideputer. Disse elastiske ettergivende elementer vil kunne ta opp eventuelle skjevheter og vil også bidra til å ta opp en slakk i forbindelse med oversenterbevegelsen.

En særlig fordelaktig utførelsesform, er en hvor koblingshylsen går som en del av et ringstempel i en hydraulisk sylinder/ stempelanordning. Ringstempelet er glidbart opptatt i et sylinderhus som er festet til det ene av de elementer som skal sammenkobles. Over en del av sin sylindriske innervegg har sylinderhuset en krave som har avtettet glidesamvirke med et innsnevret sylinderparti av ringstempelet, idet ringstempelet på begge sider av dette innsnevrede sylinderparti har avtettet glidesamvirke med sylinderhusets sylindriske innervecra hvorved det dannes arbeidsrom på begge sider av kraven, i hvilke arbeidsrom det munner en respektiv ledning for et arbeidsmedium. Ved å trykksette det ene eller andre arbeidsrom vil ringstempelet kunne forskyves i den ene eller andre retning og dermed påvirke holderringen og klemklossene og bevirke åpning henholdsvis lukking av koblingen.

Et viktig tiltak for å redusere faren for feil eller svikt under åpningen av koblingen er å beskytte koblingsdelene mot korrosjon. Særlig er det i denne forbindelse viktig å kunne bes-ky-tte alle glideflater og vitale deler mot sjøvannets påvirkning. Ifølge oppfinnelsen oppnås dette ved at det i den lukkede kobling tilveiebringes et lukket rom som kan spyles for fjerning av sjøvannet og eventuelle forurensninger.

Ved den foran beskrevne koblingsanordning, med ringstempel og sylinderhus, foreslås det således ifølge oppfinnelsen at i hvert fall ett av de nevnte elementer som skal sammenkobles forsynes med en flens innenfor sin koblingsflens, og at det ene element danner en bunn i sylinderhuset, eventuelt med en flens som nevnt, at flensen på det andre element plasseres og utformes slik at ringstempelets motliggende endeflate vil få tettende samvirke med denne flens i sin ene endestilling, i hvilken endestilling, i hvilken endestilling koblingen er låst, og at det i rommet mellom ringstempelet og sylinderhusets bunn munner to tilknytningspassasjer for tilknytning av respektive spyleledninger, idet den ene passasje alltid munner fritt i rommet, mens den andre passasje stenges av ringstempelet når dette befinner seg i sin andre endestilling, i hvilken andre endestilling koblingen er åpen.

I den lukkede eller låste koblingsstilling vil man ved hjelp av et spylemedium kunne spyle ut det utad avstengte rom mellom sylinderhusets bunn og flensen på det andre element.

Det kan også foretas en tilstandsprøving og tetthetsprøving av koblingen, idet man gjennom de nevnte spyleledninger kan trykksette det indre av sylinderhuset. Når koblingen er åpen vil den ene passasje være lukket. Den andre passasjen er åpen. Lukker man ledningen fra den sistnevnte, åpne passasje, og trykksetter den andre ledningen, så vil man hvis slik trykksetting ikke gir positivt resultat, kunne fastslå at koblingsanordningen befinner seg i en mellomstilling. Dersom man kan fastslå en trykkstigning så foreligger det to muligheter,

og disse kan man skille mellom ved å åpne den ledning som til å begynne med var stengt. Dersom man fremdeles kan fastslå at trykksetting har funnet sted betyr dette at koblingen er helt åpen. Dersom trykksetting ikke kan fastslås vil koblingen være .helt lukket.

Ved å holde begge spyleledningene åpne kan man foreta spyling

og spylemediet kan returneres til overflaten for eventuell lekkasjefastslåing. Et slikt spylemedium vil dessuten også utøve en lukkekraft på ringstempelet og holde dette i lukke-stillingen.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningene hvor: Figur 1 viser et snitt gjennom en koblingsanordning ifølge oppfinnelsen, idet øvre avsnitt viser koblingsanordningen i lukket stilling mens nedre avsnitt viser

koblingsanordningen i åpen stilling, og

"figur 2 viser et kombinert snitt og enderiss av holderringen og

tilhørende komponenter.

1 utførelseseksempelet dreier det seg om en koblingsanordning for sammenkobling av to rørledninger 1 og 2. Rørledningen 1

er på sin ende utformet med en koblingsflens 3, rørledningen 2 er ved sin koblingsende utformet med en koblingsflens 4.

Et stykke innenfor koblingsflensen 3 er rørledningen 1 forsynt med nok en flens 5 og tilsvarende er rørledningen 2 innenfor sin koblingsflens 4 forsynt med en flens 6.

En sylinder 7 er med sin ene endeflate satt på flensen 6 og fasthold til denne ved hjelp av flere skruer 8. Mellom sylinderens endeflate og flensen er det lagt inn egnede pakning-er, eksempelvis O-ringer 9. Sylinderen 7 har innvendig en krave 10 hvori det er innlagt to omløpende tetningsringer 11 som gir glideavtetning mot et i sylinderen anordnet ringstempel 12.

Dette ringstempel 12 er bygget opp av flere deler, nemlig

en første ringstempelkrone 13, en andre ringstempelkrone 14

og et mellomliggende stempelskjørt 15. Stempelringkronene og stempelskjørtet holdes sammen ved hjelp av skrubolter 16, 17. Ved hver ende er stempelskjørtet 15 utspart, og i denne ut-sparing er det innlagt en respektiv pakningsanordning 18 henholdsvis 19. Disse tetningsanordninger gir glideavtetting mot sylinderens innervegg på hver side av kraven 10. På hver ringstempelkrone er det dessuten anbragt en leppepakning 20,. 21.

På hver side av kraven 10 dannes det på denne måten et arbeidsrom 22, henholdsvis 23. Disse arbeidsrom er tilknyttet en respektiv arbeidsmediumledning 24, 25 slik at det kan trykksettes henholdsvis trykkavlastes etter behov.

Ringstempelkronen 14 er på sin mot flensen 5 vendte endeside forsynt med en ringpakning 26 som tetter mot flensen 5 i koplingsanordningens lukkestilling (øvre halvdel av snittet i fig. 1). I koplingsanordningens lukkestilling vil det således inne i det av sylinderen 7 og flensen 6 dannede sylinderhus forefinnes et lukket rom 27. I flensen 6 er det utformet en gjennomgående boring 28 for tilknytning av en ikke vist spyleledning. Videre er det i flensen 6 utformet en gjennomgående boring 29, også denne for tilknytning til en ikke vist spyleledning. Mens boringen 28 er plassert slik at den alltid vil være fri og således åpen mot rommet 27, er boringen 29 plassert slik at den vil være lukket av ringstempelkronen 13 når koplingsanordningen befinner seg i sin åpne stilling (nedre halvdel av fig. 1).

Stempelskjørtet 15 er som vist begerformet med en åpning 30 sentralt i begerbunnen. Inne i ringstempelet 12 er det plassert en holdering 31 som er begrenset aksialt bevegbar i ringstempelet, mellom stempelringkronen 14 og bunndelen 32 i det begerformede stempelskjørt 15.

Holderingen er bygget opp av to ringlegemer 33, 34 som ligger an mot hverandre som vist, idet ringlegemet 33 har et omløpende spor 35 som samvirker med en omløpende rygg 36 på ringlegemet 34. Derved muliggjøres en innbyrdes vridning av de to ringlegemer i aksialsnittet.

I holderingens 31 åpning er det anordnet flere klemklosser 37. Hver av disse er opphengt i holderingen ved hjelp av lenker 38. I utførelseseksempelet er hver klemkloss 37 opphengt ved hjelp av fire lenker 38, idet klemklossen henger med to lenker i ringlegemet 33 og med de to andre lenkene i ringlegemet 34. Hver klemkloss er altså opplagret i holderingen ved hjelp av en parallell-lenkmekanisme som innbefatter fire lenker 38, leddopplagret henholdsvis i henholdsvis holderingen og klemklossen ved hjelp av respektive tapper 39, 40 (fig. 2).

De to ringlegemene 33, 34 holdes sammen ved hjelp av et antall bolter 41.

I utførelseseksempelet er det mellom innerveggen i stempel-skjørtet 15 og holderingen 31 anordnet elastisk ettergivende ,

i ringstempelet innlagte glideputer 42,43.

Koplingsanordningen virker på følgende måte.

Fra den i fig. l's nedre halvdel viste utgangsstilling føres

de to elementene 1 og 2. som skal sammenkoples, sammen, til den stilling som er vist i øvre halvdel av fig. 1. Det vil si at flensene 3 og 4 ligger an mot hverandre. Mellom koplingsflensene ligger det en metallpakning 44. Ringstempelet 12 befinner seg i den i nedre halvdel av fig. 1 viste endestilling. Et arbeidsmedium tilføres arbeidsrommet 22 gjennom

innløpet 24, hvorved ringstempelet 12 med tilhørende komponenter beveges mot venstre i fig. 1. Bunndelen 32 i ringstempelet vil slå an mot den motliggende endeflate på holderingen 31, dvs. på ringlegemet 34, og ta med seg dette i sin bevegelse mot venstre. Klemklossene 37 vil gå til anslag mot den koniske baksiden 45

på koplingsflensen 4 og vil presses innover og gripe om begge koplingsflenser 3 og 4, slik det er vist i øvre halvdel i fig. 1. Lenkene 38 vil nå en radiell stilling og vil under dette presse klemklossene radielt innover slik at disse på sin side klemmer koplingsflensene 3 og 4 mot hverandre som følge av klemklossenes anlegg mot de koniske baksider 45 og 46 på henholdsvis koplingsflensen 4 og 3.

Når lenkene 38 har nådd den radielle stilling fortsetter be-vegelsen av ringstempelet 12 litt, slik at det oppnås en oversenterbevegelse av lenkene. Denne siste over senterbevegelse begrenses av anslagssamvirket mellom klemklossenes endeflater 47 og ovenfor disse liggende flater 48 på holderingen 31.

Man har nå en koplingstilstand som vist i øvre halvdel av

fig. 1. Under en avsluttende bevegelse av ringstempelet vil dets stempelkrone 14 ha lagt seg an mot flensen 5 på rør-ledningen 1, slik at det her oppnås en avtetting ved hjelp av pakningen 26.

I den i øvre halvdel av fig. 1 viste tilstand er det oppnådd

en mekanisk låsing som baserer seg på geometri og ikke på friksjon. Når lenkene forskyves forbi den radielle stilling vil noe av den radielle forspenning avlastes. For at denne avlasting skal holdes innenfor akseptable grenser må mekan-

ismen ha en viss elastisitet. Dette oppnås i utførelseseks-empelet ved at ringlegemene 33, 34 kan vri seg litt i forhold til hverandre i aksialsnittet, slik at ringlegemene virker som ringformede torsjonsfjærer. Eventuell radiell bevegelse av ring 31 vil opptas av de elastisk ettergivende puter 42,43. Slik radiell bevegelse vil oppstå dersom flensene 3 og 4 ikke er helt parallel-le (ikke har anlegg rundt hele omkretsen) når låsingen innledes.

Etter avsluttet sammenkopling vil rommet 27 være avtettet mot omgivelsene. Sjøvann som befinner seg i rommet 27 kan spyles ut ved å sende et spylemedium inn gjennom boringen 29 og ut gjennom boringen 28. Om så ønskes kan man ha kontinuerlig spyling, idet spylemediet går opp til overflaten eller et egnet observasjonssted, hvor man kan observere eventuelle lekkasjer.

Spylemediets trykk i rommet 27 vil opprettholde en lukkekraft på låsemekanismen. Dersom trykket i rommet 27 skulle synke til under det statiske ytre trykk vil koplingsanordningen begynne å åpne seg, men pakningen 26 vil da med en gang miste sin virkning og det skjer da en utligning av trykket før holderingen 31 påvirkes til åpning av koplingen.

For prøving av koplingsanordningen kan rommet 27 trykksettes for å fastslå om koplingen er lukket og tett. For slik trykksetting .utnytter man boringene 28 og 29. For å undersøke koplingstilstanden stenges ledningen som er tilknyttet boringen 28. Dersom man nå ikke kan trykksette rørledningen som er tilknyttet boringen 29, vil dette bety at koplingsanordningen befinner seg i en mellomstilling. Dersom man kan trykksette rørledningen som er tilknyttet boringen 29, så har man to muligheter og disse kan man skille fra hverandre ved å åpne rørledningen som er tilknyttet boringen 28. Dersom rørled-ningen som er tilknyttet boringen 29 fremdeles kan trykksettes betyr dette at koplingsanordningen er helt åpen. Kan rør-ledningen ikke trykksettes så betyr det at koplingsanordningen er helt lukket.

Et brudd i en av eller begge de to ikke viste rørledninger

som er tilknyttet henholdsvis boringen 28 og 29, vil alltid gi en "mellomstilling" som prøveresultat, og dette vil i alle tilfeller bety at man står overfor en feiltilstand som må rett-es på.

Koplingsanordningen kan naturligvis modifiseres på ulike måter. .Således behøver flensene 5 og 6 ikke nødvendigvis å være reelle flenser. Det kan her godt dreie seg om veggflater eller lign-ende som utnyttes for samme formål som flensene. De viste og beskrevne elastiske ettergivende ringer 42 og 43 er ikke absolutt nødvendige, og holderingen kan også utformes på andre måter enn som vist for oppnåelse av den nevnte torsjonsfjær-virkning.

Når koplingsanordningen skal åpnes trykksettes arbeidsrommet 23, mens arbeidsrommet 22 trykkavlastes. Ringstempelet 12

vil da bevege seg mot høyre i fig. 1 og ta med seg holderingen 31, idet ringstempelkronen 14 vil slå an mot holderingen etter en kort bevegelse. Pakningen 26 vil miste sin tetningsvirkning mot flensen 5 og rommet 27 avlastes. Lenkene 38 vil gå forbi den radielle stilling og trekke klemklossene 37 radielt utover. Ringstempelet 12 går helt til bunns i sylinderrommet 27 og stenger boringen 29. Ledningen 1 kan nå trekkes ut. Kjegle-vinkelen for flatene 45 og 46 velges slik at klemklossene lett frigjøres og ikke sitter fast som følge av friksjon. En fore-trukken kjeglevinkel for flatene 45 og 46 er 140°, dvs. at låsevinkelen, dvs. vinkelen mellom de to koniske flater i aksialsnittet, vil være 40°.

Claims (7)

1. Koblingsanordning for sammenkobling av to elementer med på de mot hverandre vendte koblingsender anbragte koblingsflenser (3,4), innbefattende klemklosser (37) for omgriping av de to koblingsflenser og pressing av dem mot hverandre, og en forskyvbar koblingshylse (12) beregnet for påvirkning av klemklossene til samvirke med og pressing av koblingsflensene mot hverandre, karakterisert ved at klemklossene (37) ved hjelp av lenker (38) er opplagret inne i en holdering (31) som er begrenset aksialt bevegbart opplagret i koblingshylsen (12), idet koblingshylsen har anslagsdeler (14,32) for anslagssamvirke med holderingen i begge aksialretninger.

2. Koblingsanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at holderingen (31) er utformet slik at den virker som en ringformet torsjonsfjær som muliggjør en oversenterbevegelse av lenkene (38).

3. Koblingsanordning ifølge krav 2, karakterisert ved at holderingen (31) består av to ringlegemer (33, 34) som er sammenspent (41), idet ringlegemene (33,34) ligger an mot hverandre med en respektiv ringendeflate, med mulighet (35,36) for begrenset innbyrdes dreiebevegelse i et aksialsnitt, at hver klemkloss (37) henger i en parallell-lenkmekanisme (38,39,40) og at de to parallell-lenker (38) er opplagret i hvert sitt ringlegeme (33,34).

4. Koblingsanordning ifølge krav 3, karakterisert ved at de nevnte ringendeflater har samvirkende rygg-og gropelementer (36,35).

5. Koblingsanordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at holderingen (31) er glidbart opplagret i koblingshylsen (12) med mellomliggende elastisk ettergivende elementer (42,43), fortrinnsvis i form av i koblingshylsens innervegg innlagte ringer.

6. Koblingsanordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at koblingshylsen (12) inngår som en del av et ringstempel som er glidbart opptatt i et sylinderhus (7), hvilket sylinderhus er festet til det ene (2) av de nevnte elementer som skal sammenkobles, og over en del av sin sylindriske innervegg har en krave (10) som har avtettet glidesamvirke med et innsnevret sylinderparti (15) av ringstempelet (12), idet ringstempelet på begge sider av dette innsnevrede sylinderparti har avtettet glidesamvirke (18,19) med sylinderhusets (7) sylindriske innervegg, hvorved det dannes arbeidsrom (22,23) på begge sider av kraven (10), i hvilke arbeidsrom det munner en respektiv ledning (24, 25) for et arbeidsmedium.

7. Koblingsanordning 6, karakterisert ved at det ene element (2) av de nevnte elementer som skal sammenkobles danner en bunn (6) i sylinderhuset, og at det andre element (1) har en omgivende flate (5) som er plassert og utformet slik at ringstempelets (12) motliggende endeflate (14) vil få tettende samvirke (26) med flaten i sin endestilling, i hvilken endestilling koblingen er låst, og ved at det i rommet (27) mellom ringstempelet (12) og sylinderhusets bunn (6) munner to tilknytningspassasjer (28,29) for tilknytning av respektive spyleledninger, idet den ene passasje (28) alltid munner fritt i rommet (27), mens den andre (29) stenges av ringstempelet (12,13) når dette befinner seg i sin andre endestilling, i hvilken andre endestilling koblingen er åpen.