NO170778B - Kopling for tettende sammenfoeyning av fluidledninger - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en kopling for fluidtett sammenføyning av fluidledninger, som angitt i ingressen til det etterføl-gende krav l.

Mange slags skjøter, koplinger og armaturer er konstruert med henblikk på opprettelse av fluidtett forbindelse mellom to eller flere rørender og andre fluidledninger. Slike koplinger omfatter typisk to innbyrdes motsvarende deler, tappdel og muffedel, som sammenkoplet danner en væsketett forsegling ved komprimering av et tetningselement, såsom én O-ring. Noen ganger kan en armatur være såvidt mekanisk komplisert at den blir mindre tjenlig eller egnet for bruk. Det er viktig at en kopling kan sammenføyes og løsgjøres hurtig, og at avtetningen opprettholdes ubrutt i tetnings-grenseflaten og derved forhind-rer lekkasje av fluidet som strømmer gjennom rørledningen.

Hvis det overførte fluid er av kryogen art, vil problemene i tilkjnytning til fullstendig avtetning og anvendelig-heten av en kopling øke grunnet de ekstremt lave temperaturer som pakningen og koplingselementene utsettes for. Særlig har kjente koplinger som i hovedsak er basert på transversal aksialkomprimering av et pakningselement, såsom en vanlig 0-ring, ved tiltrekking av en knastmutter eller liknende anord-ning, vist seg utilfredsstillende, fordi de kryogene temperaturer medfører et tap av vridningsmoment mot mutteren grunnet dimensjonsforandringer hos mutteren og den tilhørende gjenge-tapp. Ved lave temperaturer kan dessuten oppstå endringer i pakningselementets egenskaper, eksempelvis dets elastisitet. Når slike forandringer resulterer i en utett pakning, vil det kryogene fluid hurtig unnvike fra ledningene og fordampe, og fluidet kan også utkrystalliseres og derved blokkere fluid-strømmen i røret eller ledningen slik at utstyret som krever tilførsel av fluid, må settes ut av funksjon og fluidets strømningsbane gjenåpnes.

For å kunne opprette og opprettholde en fluidtett forsegling, er det ved kjente anordninger benyttet koplinger for høye vridningsmoment og/eller med snevre grenseflate-toleranser mellom tappdelens og muffedelens innbyrdes motsvarende flater og pakningselementene. Et av problemene ved anvendelse av snevre toleranser ved de innbyrdes motsvarende deler er at det ved sammenføyningen kan være vanskelig å bringe de respektive fluidkanaler i de innbyrdes motsvarende tappdeler og muffedeler i flukt med hverandre.

Selv-innrettende koplinger er kjent, og typiske eksempler er omtalt i US patentskrift 655 088 og 1 293 615. Disse koplinger er ugunstige da de ikke er innrettet for sikker fast-holding av rørseksjonene mot hverandre, hvilket er nødvendig ved bruk av kryogene fluider. Disse kjente koplinger kan heller ikke forhindre tverrsgående bevegelse eller bøying av de sammenkoplete rør i koplingsgrenseflaten.

Andre koplinger av kjente typer er beskrevet i US patentskrift 2 971 782 og 2 516 743. Selv om disse koplingsanord-ninger, ihvertfall i viss grad, tilveiebringer en selv-innrettende kopling er de mangelfulle idet de enten tillater uønsket tversgående og langsgående bevegelse mellom de sammenkoplete rør, eller at koplingen må være utstyrt med en vridningsmoment-mutter, for at denne bevegelse skal kunne minskes og avtetningen opprettes.

Videre er det fra DE patent 55 662 kjent en kopling for en fleksibel lavtrykksslange med samvirkende tapp- og muffe-ledeender som sammenlåses ved hjelp av et vektarmsystem, og som ytterligere eksempler på kjent teknikk kan nevnes FR 2 158 840, CH 483 591, DE 2 749 391 samt US 4 434 811.

Hovedformålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveie-bringe en kopling, som er særlig egnet for bruk i forbindelse med kryogene fluider, men uten å være beheftet med de ovenfor omtalte ulemper ved kjent teknikk.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved en kopling av den innledningsvis angitte art, med de nye og særegne trekk som er angitt i karakteristikken til det etterfølgende krav 1. Fordelaktige utføringsformer av oppfinnelsen er angitt i de øvrige etterfølgende krav.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Figur 1 viser et uttrukket perspektivriss, delvis i snitt, av en rørkopling ifølge foreliggende oppfinnelse. Figur 2 viser et lengdesnittt av rørkoplingen ifølge figur 1, hvor de innbyrdes motsvarende deler er illustrert i en stilling hvor enden av tappdelen ikke er fullstendig inn-ført i enden av muffedelen. Figur 3 viser et lengdesnitt av rørkoplingen ifølge figur 1, med tappdelen og muffedelen fullstendig sammenpasset og i inngrep med hverandre og hvor risset ifølge figur 2 er vist med brutte linjer. Figur 4 viser et del-lengdesnitt av en annen versjon av innretningen for sammenlåsing av rørkoplingselementene og ledningsrørene.

Det er i figur 1-4 vist en fluidtett kopling 10 for sammenføyning, ende mot ende, av seksjoner av rørledning, rør eller andre fluidledninger. Foreliggende oppfinnelse har i hovedsak befatning med en slik rørkopling 10 omfattende en tappdel 11 og en muffedel 12 som er montert på hver sin ende av to rør eller fluidledninger 13 og 14 som skal forbindes fluidtett med hverandre.

Tappdelen og muffedelen henholdsvis 11 og 12 er stort sett sylinderformet med innvendige fluidkanaler henholdsvis 16 og 17 som bringes i fluidforbindelse med de tilknyttete rør 13 og 14, som vist.

Den ene ende 18 av tappdelen 11 er fortrinnsvis ved gjenger forbundet med den tilknyttete, gjengete ende av røret 13. Den ene ende 19 av muffedelen 12 er likeledes ved gjenger forbundet med den tilknyttete, gjengete ende av røret 14. Opp-rettelsen av en fluidtett forbindelse mellom tappdelen og muffedelen 11, 12 og rørene 13, 14 kan sikres ved anvendelse av sveise- eller loddesømmer 21. Sveisesømmer vil også forhindre at tappdelen og muffedelen dreies løst fra de respektive rør.

Ledeenden 22 av tappdelen 11 er profilert for samvirkning med den motsvarende profilerte ledeende 23 av muffedelen 12, hvorved det fremkommer et sammenpassbart elementpar i rørkop-lingen 10. Som det fremgår av figur 2, omfatter tappdelens profilerte ledeende 22 et ytterflateparti, omtrent av form som en forlenget S, som skråner i langsgående retning. Den profilerte ytterflate innbefatter et konvekst parti 24 som strekker seg fra den åpne ytterende 26 av tappdelen 11 til den ene ende av et stort sett langsgående rettlinjet parti 27. Det rettlinjete parti 27 forløper fra det konvekse parti 24 til et konkavt parti 28. Det konkave parti 28 danner en del av en ringformet flens 29 hvis funksjon er nærmere beskrevet i det etterfølgende.

I tappendens ledeende 22 er det anordnet en ringformet, perifer forsenkning 31 i det rettlinjete parti 27 av den profilerte ytterflate. Et ringformet, elastisk pakningselement 32, f.eks. en vanlig O-ring av elastomer, fastholdes i forsenkningen 31, som vist. Forsenkningens 31 radiale dybde er mindre enn tverrsnittsbredden av pakningselementet 32, slik at et perifert ytterparti av O-ringen rager radialt ut over det profilerte ytterflateparti av tappdelens ledeende 22.

Som vist i figur 2 og 3, har muffedelens ledeende 23 en innerveggkonstruksjon eller innerside som er utformet i motsvarighet til tappdelens ledeende 22. Muffedelens ledeende innbefatter således et S-formet innerveggparti som skråner i langsgående retning, symmetrisk med tappdelens ledeende 22. Denne profilerte innerside av muffedelens ledeende 23 omfatter et konvekst parti 33 som strekker seg fra den åpne ytterenden 34 av muffedelen 12 til den ene ende av et stort sett langsgående rettlinjet parti 36. Det rettlinjete parti 35 forløper mellom det konvekse parti 33 og et konkavt parti 37.

Muffedelens profilerte ledeende 2 3 danner en hylselik-nende åpning 38 hvori tappdelens ledeende 22 innføres glidende, som vist i figur 3. De samvirkende profilflater på tappdelen og muffedelen 11 og 12 er innbyrdes sammenpassbare. Ved opprettholdelse av snevre toleranser for de innbyrdes motsvarende profilflater vil det opprettes en fluidtett forsegling, ved radial komprimering av O-ringen 3 2 mellom muffedelens rettlinjete parti 36 og forsenkningen 31. Som tyde-ligst vist i figur 3, vil den del av pakningselementet .32 som rager radialt ut av forsenkningen 31, ligge glidbart an mot muffedelens ledeende 2 3 i radialt komprimert tilstand, når tappdelens ledeende 22 er fullstendig innført i muffedelens ledeende 23. Forsenkningen 31 er fortrinnsvis slik dimen-sjonert at O-ringen vil sammenpresses maksimalt og fremdeles fastholdes i stilling.

Et eksempel på en typisk rørkopling i overenstemmelse med oppfinnelsen er fortrinnsvis fremstilt av rustfritt stål. Tappdelen 11 har en lengde av ca 102 mm, og den innvendige fluidkanal 16 en diameter av ca 107 mm. Muffedelen 12 har en lengde av ca 89 mm, og den innvendige fluidkanal 17 omtrent samme diameter som den motsvarende fluidkanal 16 i tappdelen.

På tappdelens profilerte ledeende 22 har det konvekse parti 24 og det konkave parti 28 en radius av 19,1 mm, mens det mellomliggende, rettlinjete parti 27 har en lengde av ca 12,7 mm og er beliggende i en radialavstand av 63,5 mm fra den langsgående midtakse for tappdelen 11. Muffedelens ledeende 23 er profilert i motsvarighet til tappendens ledeende 22, og muffedelens konvekse og konkave partier 3 3 og 37 har følgelig en radius av 19,1 mm, mens det mellomliggende, rettlinjete parti 36 har en lengde av 12,7 mm og er beliggende i en radialavstand av 63,5 mm fra den langsgående midtakse for muffedelen 12. Toleransene for radialavstandene av de rettlinjete partier 27 og 36 ligger innenfor 0,2 mm, for å sikre en fluidtett forsegling når tappdelens ledeende 22 er innført i muffedelens ledeende 23.

Det vil fremgå av figur 3 at på grunn av de snevre toleranser som opprettholdes mellom tappdelen og muffedelens ledeender, vil de konvekse partier 24 og 33, når tappdelen og muffedelen 11 og 12 sammenpasses eller sammenføyes, bringes i gjensidig inngrep med styrende virkning og derav følgende selv-innretting av de innvendige fluidkanaler 16 og 17. Dette er særlig gunstig når tappdelen og muffedelen 11 og 12 under den innledende sammenføring danner en vinkel med hverandre, som vist med brutte linjer i figur 3. Det er uten betydning at delene 11 og 12 ikke fra begynnelsen ligger i flukt med hverandre, fordi disse deler, grunnet det styrende inngrep, vil bringes automatisk i fluktende stilling når tappdelens ledeende 22 er fullstendig innført i muffedelens ledeende 23. Dette trekk muliggjør meget rask og enkel sammenkopling og fråkopling, og gir samtidig sikkerhet for en utmerket, fluidtett forsegling.

Ifølge figur 2 er det på tappdelen 11 anbrakt en låsemut-ter 39 som fastholdes på tappdelen ved hjelp av en konvensjo-nell krage 41. Mutteren 3 9 innbefatter en aksial og gjenget utboring 42 som samvirker med den gjengete ytterende 43 av muffedelen 12. Den ringformete flens 29 er utstyrt med et skulderparti 44 hvorimot en anslagsflate 46 ved ytterenden av den gjengete utboring 4 2 vil befinne seg i fullstendig anlegg, når tappdelen og muffedelen 11 og 12 er sammenføyd og mutteren 39 fastskrudd til muffedelens ytterende (se figur 3). Når mutteren 39 tiltrekkes slik at endeflaten 4 6 tvinges mot flensens skulderparti 44, vil tappdelen og muffedelen 11 og 12 forbindes fast med hverandre og kan ikke adskilles i langsgående retning eller på annen måte, med mindre mutteren 39 av-skrues fra muffeenden.

Det bør imidlertid bemerkes at den fluidtette forsegling som opprettes mellom de motsvarende profilerte flatepartier 22 og 23, ved hjelp av O-ringen 31, ikke er avhengig av at mutteren 39 er fastskrudd på muffedelen, og heller ikke er den fluidtette forsegling avhengig av vridningsmomentet som over-føres til mutteren 39. Den fluidtette forsegling dannes når tappdelens og muffedelens samvirkende, profilerte ledeender 22 og 23 bringes i fullstendig inngrep, slik at pakningselementet 32 komprimeres i radialretning. Ved tiltrekking av mutteren 39 mot flensens skulderparti 44 vil tappdelen og muffedelen 11 og 12 sammenspennes^sikkert, hvorved utilsiktet løsgjøring forebygges, men avtettingen vil opprettholdes ubrutt også når mutteren 39 løsnes. Den fluidtette forsegling vil følgelig bevares uavhengig av vridningsmomentet som overføres til mutteren 39.

Den beskrevne rørkopling 10 ifølge opfinnelsen er særlig egnet for anvendelse ved kryogene fluider, f.eks. flytende karbondioksyd, men koplingen kan også med fordel benyttes i mange andre tilfeller hvor rørseksjoner skal sammenføyes ende mot ende, slik det vil være åpenbart for fagkyndige.

Det er et viktig trekk ved foreliggende oppfinnelse at den fluidtette forsegling ikke er avhengig av vridningsmomentet som overføres til mutteren 39. De ekstremt lave temperaturer som rørkoplingen utsettes for ved bruk av kryogene fluider, kan forårsake slike dimensjonsforandringer at mutteren 39 løsner, men da avtetningen ikke er avhengig av aksial komprimering av O-ringen 31, vil avtetningen opprettholdes ubrutt.

Et annet viktig trekk ved oppfinnelsen har forbindelse med de gjensidig inngripende deler av de innbyrdes motsvarende profilerte flatepartier ved tappendens og muffeendens ledeender 22 og 23. I fullstendig inngrep, som vist i figur 3, er muffedelens konvekse parti 3 3 innført i tappdelens konkave parti 28 mens tappdelens konvekse parti 24 er innført i muffedelens konkave parti 37, og de to stort sett rettlinjete partier 36 og 37 ligger an mot hverandre. Den noe langstrakte S-form av de samvirkende tappdel- og muffedelpartier som griper inn i hverandre, vil stort sett forebygge enhver sidebevegelse av tappdelen og muffedelen 11 og 12, særlig i grenseflaten mellom de profilerte og sammenpassete ender hvor den fluidtett forsegling er opprettet. Slik sidebevegelse, særlig en bøying i tetnings-grenseflaten, kan medføre brudd på forseglingen og er meget uønsket i forbindelse méd bruk av kryogene fluider. Den langstrakte S-kontur vil redusere slik sidebevegelse til den minst mulige, selv om mutteren 39 ikke er fullstendig eller riktig innskrudd på muffeenden 43. Den langstrakte S-kontur vil også redusere tendensen hos tappdelen og muffedelen 11 og 12 til å beveges i langsgående retning i forhold til hverandre som følge av de snevre toleranser som opprettholdes mellom tappdelens og muffedelens innbyrdes motsvarende profilerte ledeende 22 og 23.

Den beskrevne, profilerte form vil også muliggjøre den tidligere omtalte selvinnretting. Selvinnrettingen tillater anvendelse av meget snevre toleranser for tappdelens og muffedelens ledeender 22 og 23 med henblikk på maksimal, radial kompresjon av O-ringen 3 2 når delene er sammenpasset.

Figur 4 viser en annen versjon av en spennanordning for sammenholding av tappdelen og muffedelen 11' og 12'. Samme tall med et tillegg (') betegner tilsvarende elementer ifølge figur 1-3. Den gjengete mutter 39 og den gjengete muffeende 43 er erstattet av en låseklemmeinnretning 70. Innretningen 70 består av en hengslet smekk-klemme med en betjeningshendel 71 som gjennom en svingtapp 72 er dreibart forbundet med muffedelen 12. En låsestang 73 er i den ene ende svingbart forbundet med betjeningshendelen 71 ved hjelp av en annen svingtapp 74. Låsestangen 73 strekker seg i langsgående retning over tetnings-grenseflaten i rørkoplingen 10'. Låsestangen 73 innbefatter et U-formet krokparti 76 som kan bringes i inngrep med et spor 77 i den ringformete flens 29'.

Kleminnretningen 70 betjenes på meget enkel måte. Når klemmen skal løsnes, føres hendelen 71 oppad (mot urviser-retningen ifølge figur 4). Grunnet den svingbare forbindelse med stangen 73 fremskyves stangen i langsgående retning hvorved kroken 76 drives ut av flenssporet 77. Stangen 73 kan deretter svinges ut av inngrep og tappdelen og muffedelen 11' og 12' skilles fra hverandre. Løsgjøringen av klemmen 70 vil imidlertid i og for seg ikke medføre brudd på forseglingen. På samme måte som ved innretningen med låsemutteren 39 ifølge figur 1 - 3 er den fluidtette forsegling ikke avhengig av klemvirkningen fra innretningen 70. Dette skyldes at den fluidtette forsegling først og fremst opprettes ved radial komprimering av O-ringen mellom de innbyrdes motsvarende, profilerte partier 22' og 23'. Når klemmeinnretningen 70 skal spennes foretas ovennevnte prosess i omvendt rekkefølge.

Den beskrevne og viste utførelsesform av oppfinnelsen tjener utelukkende som eksempel uten begrensende virkning, og det vil være åpenbart for fagkyndige at endringer og modifise-ringer vil kunne foretas innenfor rammen av de etterfølgende patentkrav.

Claims (7)

1. Kopling for fluidtett sammenføyning av fluidledninger, omfattende en tappdel (11) og en muffedel (12) som er innrettet til å monteres på respektive ender av fluidledningene, hvor tappdelen oppviser en første, innvendig fluidkanal og muffedelen oppviser en andre, innvendig fluidkanal, hvor tapp-og muffedelene danner respektive, komplementært profilerte ledeender (22, 23), hvor den profilerte tappdelens ledeende (22) er utformet med en ytre, perifer sliss (31) som opptar et elastisk pakningselement (32) , hvor tapp- og muffedelens profilerte ledeender i sammenføyd tilstand samvirker til å selv-innrette den første og andre fluidkanal samt til å danne en fluidtett forsegling ved stort sett radial komprimering av det elastiske koplingselement, og en innretning (70) for sammenlåsing av tappdelen og muffedelen, for å forhindre at disse adskilles i lengderetningen, karakterisert ved at tapp- og muffedelens profilerte ledeender har en slik form at tappdelens profilerte ledeende (22) har en i lengderetningen divergerende ytterflate med et konvekst parti (24) som strekker seg fra en åpen ytterende (26) av tappdelen (11) til et stort sett rett parti (27) som strekker seg fra det konvekse parti til et konkavt parti (28) som strekker seg fra det rette parti til et flensparti (29), idet muffedelens komplementært profilerte ledeende (23) oppviser en i lengderetningen avsmalnende innerflate som er profilert i forhold til tappdelens profilerte ledeende, idet den perifere sliss (31) er er utformet i tappdelens rette parti.

2. Kopling ifølge krav 1, karakterisert ved at muffedelens profilerte ledeende (23) omfatter et konvekst parti (33) som strekker seg fra muffedelens åpne ytterende (34) til et stort sett rettlinjet parti (36) som forløper mellom det konvekse parti og et konkavt parti (37).

3. Kopling ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at tappendens og muffeendens rettlinjete partier for-løper stort sett parallelt med de innvendige fluidkanaler.

4. Kopling ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at at låseinnretningen (70) innbefatter en mutter som er anbrakt på tappdelen og som kan fastskrues til muffedelen, slik at delene sammenholdes.

5. Kopling ifølge krav 4, karakterisert ved at låseinnretningen (70) består av en låsestang (73) hvis ene ende er svingbart forbundet med muffedelen mens den motsatte ende (76) er krokformet og står i inngrep med en flens (29, 77) på tappdelen, og at låsestangen er bevegelig i lengderetningen for sammenlåsing og løsgjøring av tappdelen og muffedelen.

6. Kopling ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at at det elastiske pakningselement (32) er en O-ring.

7. Kopling ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at tappdelen og muffedelens samvirkende ender i sammenkoplet tilstand danner en lang-strakt, S-formet tetnings-grenseflate.