NO171031B - Stiv, todelt kopling for boeyelig slange, samt fremgangsmaate for aa kople en slange til en kopling - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en stiv, todelt kopling for bøyelig slange som angitt i innledningen i krav 1. Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for å kople en slange til en kopling som angitt i innledningen i krav 2.

Slange- og koplingssammenstillinger beregnet til bruk ved store påkjenninger slik som rotasjonsboring, struping og kveling, og bevegelige kompensatorslanger krever driftsikker tetning mellom slangen og koplingen for å motstå arbeidstrykk som kan overstige 700 bar. I tillegg, ved visse anvendelser med store påkjenninger kan slangen bli utsatt for ytre endelaster som kan overstige 55 000 kg. Disse endelaster kan bli tilført enten når slangen har overtrykk eller ikke har overtrykk. Uten overtrykk er den mest vanskelige tilstand for en slange å holde koplingen på plass. Et eksempel på den siste tilstand forekommer i slange-kopling-sammenstillinger anvendt for tilførsel av vann med høyt trykk for en undervanns-grave-plattform, kalt en nedspylingsslede (jetting sled) som anvender vann med meget høyt trykk for å sprenge en rørled-ningsgate i havbunnen. Nedspylingssleden slepes langs havbunnen av store slepekabler forbundet til et overflatefartøy. Nedspylingsslangen er likeledes forbundet til sleden. Slakking av slepekablene kan forårsake at slangen periodevis er hoved-slepeforbindelsen med sleden. Denne voldsomme endebelastning kan inntreffe når slangen har overtrykk eller ikke har overtrykk. Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en kopling som er istand til å motstå disse endebelastningsforhold. Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved karakteristiske trekk angitt i den kjennetegnende del av krav 1 og 2.

Slange-kopling-forbindelsen ifølge oppfinnelsen oppnår både driftsikker endeforsegling ved stort arbeidstrykk og mulighet for å motstå meget store endelaster enten med eller uten indre arbeidstrykk.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 et delvis aksialt snittriss av en kopling, og fig. 2 er et delvis aksialt snittriss av en slange-kopling-sammenstilling som fremviser en foretrukket utførelsesform. Fig. 1 viser koplingen 1 som omfatter to deler. Stammen 2 og hylsen 3 er fremstilt

av passende stivt metall eller høyverdig

forsterket plast. Stammen 2 er et vanligvis sylindrisk legeme med en glatt sirkulær boring 4 som strekker seg derigjennom, med en ende 5 med en mindre ytre diameter inne-holdende en ringformet utsparing 6 i denne og en ende 7

med en stor diameter. Enden 5 med mindre diameter har nær denne en del 8 med en mindre diameter på stammens ytre overflate. Enden 7 med større diameter har på samme måte nær denne en del 9 med en større diameter på stammens ytre overflate. Delen 8 med stammens mindre diameter omfatter en rekke med flater 60 og riller 61 over en vesentlig del av sin ytre overflate, som er nødvendig for å få til en til-bakeholdelse når en slange tilkoples koplingen 1. Hylsen 3 er stiv og vanligvis rørformet med en indre diameter lik den utvendige diameter av stammens 2 ende 7 med den større diameter, og strekker seg lengre i aksial retning enn stammens del 8 med den mindre diameter. Hylsen 3 er glidbar montert over stammens 2 ende 7 med den større diameter og anbrakt koaksialt på en slik måte at minst noen del over-lapper og er i kontakt med stammens del 9 med den større diameter og resten strekker seg over hele lengden av stammens del 8 med den mindre diameter. Det er ønskelig at koplingen er innrettet for å tilveiebringe en anordning for å overlappe dekningen av en slange inn på hylsen for å oppnå en jevn overgang inn på koplingen, idet hylsens ytre overflate gradvis kan avta mot enden som vil være omkring slangen. Fig. 2 viser en foretrukket slange-kopling-sammenstilling 10 med en lengdeakse fremstilt ved linjen 2-2. Når de koaksiale betingelser anvendes heri, vil det bety at det særlige trekk er koaksialt m.h.t. denne aksen 2-2. Slangen 12 omfatter en elastomerisk slange 13 som danner dens radiale innerste overflate. Utenpå slangen 13 ligger det flere lag 17 av tekstilforsterkninger innesluttet i elastomerisk materiale. Utenpå slangen 13 og tekstillag 17 ligger det minst to lag 18, 19 av hovedforsterkningselementer såsom stål eller aromatiske polyamide kabler 20. Hver av kablene 20 omfatter særlig et stort antall av meget strekkbare ståltråder eller aromatiske polyamide polymer. Kablene 20 er skrueformet tvundet omkring slangen 13 og forsterkningslagene 17. Kablene 20 i det radialt

innerste lag 18 er skrueformet tvundet i en motsatt retning i forhold til stålkablenes 20 nærliggende radiale ytterste lag 19. Utenpå stålkablene 20 kan det i tillegg ligge ett eller flere ytre stofflag 24 som er innesluttet i et elastomerisk materiale. Utenpå det ytre stofflag 24 ligger det et dekklag 25 av elastomerisk materiale som danner slangens 12 ytre overflate 26. Det er ønskelig å gjøre for-sterkningslagenes 18 og 19 stålkabler 20 ubevegelig for å sikre at det ikke blir noen helning utover under koplings-operasjoner. Et nedholderbånd 22 for kabelen er vist på

fig. 2 og er nyttig til det formål å opprettholde for-sterkningselementenes kompakte sylindriske oppbygging. Andre anordninger såsom periferisk trådvikling kan likeledes anvendes som nedholderbånd.

Koplingen 14 er en foretrukket utførelsesform av koplingen 1 på fig. 1. Kopling 14 er todelt, omfattende en stamme 15 og en hylse 16. Stammen 15 og hylsen 16 produseres hver for seg av stykker av passende stivt materiale, fortrinnsvis stål. Stammen 15 har en boring 30 som er sirkulær i tverrsnitt og har en akse 2-2. Stammen 15 har en slange-tilkoplingsende 31 og en munnstykkeende 32. Slangetil-koplingsenden 31 omfatter en ringformet utsparing 33 med en middel-diameter ubetydelig større enn stammens boring 30. Stammens 15 utvendige diameter ved munnstykkeenden 32

er større enn diameteren ved slange-tilkoplingsenden 31. Forskjellen mellom diameterene er fortrinnsvis omtrent

lik to ganger den radiale tykkelse.av lagene 18, 19 av forsterkningselementer. En hylsetilkoplende ribbe 34 er til-veiebrakt på stammens 15 ytre overflate. Den hylsetilkoplende ribbe 34 er anbrakt med en aksial avstand fra munnstykkeenden 32 og er i form av en hevet ringformet ring som omgir stammen. Kanten av ribben som vender mot munnstykkeenden 32 er fortrinnsvis en plan overflate. Ribben 34 kan lages som en integrert del av stammen 15 som vist på fig. 2.

Ribben kan også dannes av alternative innredninger (ikke vist) såsom en fjærring som passer inn i en ringformet fordypning formet i stammens 15 ytre overflate. Skulderen 35 mellom stammens 15 munnstykkeende med større diameter og slange-tilkoplingsenden 31 med mindre diameter er på fig. 2 vist som en avsmalnet skulder. Denne skulder 3 5 kan ha en hvilken som helst passende form, medregnet en rettvinklet skulder eller trappetrinnskulder.

Hylsen 16 er et vanligvis sylindrisk legeme med en koaksial boring 42 med en diameter lik stammens 15 diameter på det sted hvor ribben 34 hever seg fra stammens hovedlegeme. Hylsen 16 har en stammetilkoplingsende 41 og en konisk ende 45. Hylsen 16 har også en koaksial forsenkning 43 med en diameter lik diameteren av stammens 15 hylsetilkoplende radiale ribbe 34. Den maksimale utstrekning av forsenkningen 43 er definert av en ribbeavsats 44 som får kontakt med den radiale ribbe 34 når hylsen 16 glidende anbringes på stammen 15. Hylsens 16 utvendige diameter er gradvis utvendig avsmalnende mot den koniske enden 45 som er på motsatt side av stammetilkoplingsenden 41. Hylsen 16 kan omfatte minst én åpning 46 som er en boring som strekker seg radialt gjennom hylsen 16.

Stammens ytre overflate som strekker seg fra skulderen 35 mot stammens 31 slangetilkoplingsende og hylseforsenkningens 43 innerste overflate er formet, f.eks. med flere forhøyninger 47 og fordypninger 48 for å tilveiebringe sikker forankring av koplingen til forankringsmaterialet såsom epoksyharpiks. Disse overflater kan også profileres eller behandles for forsterket adhesjon.

Fig. 2 viser en foretrukket utforming av forhøyninger og fordypninger som er sammenhengende skrueformede stamme-gjenger 36 og sammenhengende skrueformede hylsegjenger 49, hvor begge gjenger har en rektangulær bunn.

Slangen 12 og koplingen 14 kan kombineres for å danne en slange og koplingssammenstilling 10 med bedre endestrekk og endetetningsmuligheter. De flere lag av slangeforsterkningselementer 18, 19 er anbrakt mellom koplingens 14 stammedel 15 og hylsedel 16. Forsterkningslagene 18 og 19 har en maksimum utstrekning til det punkt hvor hylsens ribbemøtende skulder 44 er i kontakt med stammedelens hylsemøtende radiale ribbe 34. Fig. 2 viser en foretrukket utforming av oppfinnelsen i hvilken forsterkningslagene 18, 19 slutter like ved stammedelens skulder 35. Utsparingen 33 i stammens 31 slangetilkoplingsende er fylt med et elastomerisk forseglingsmateriale 27 som er for-trinnvis av samme sammensetning som slangen 13 eller i det minste kan sammenvulkaniseres til en integrert herdet enhet. Det elastomeriske forseglingsmateriale 27 kan være en forlengelse av uherdet slange 13 som har blitt brettet over seg selv, eller det kan være et adskilt tilført legeme av uherdet elas tomer.Tekstillagene 17 strekker seg til et punkt i nærheten av utsparingen 33, men ikke nær denne. Det elastomeriske forseglingsmateriale 27 ligger mellom tekstillagene 17 og stammens 31 slange-tilkoplingsende. Fig. 2 viser en foretrukket utforming hvor i det minste ett stoff-forsterkningslag 17 strekker seg aksialt forbi stammens 15 ende. Denne foretrukne form sikrer at det ved tilstedeværelse av buktende bevegelse mellom slangen og koplingen er en fast endeforsegling som opprettholdes ved den mekaniske binding som gis av tekstilforsterkningslaget 17 og som strekker seg gjennom det maksimale belastnings-område som samles ved stammens 15 slangetilkoplingsende 31. Forsterkningselementer 18 og 19 er innesluttet i et for-ankr ingsbindemiddel 28. Forankringsbindemiddel 2 8 omgir fullstendig stålkablene 20 og strekker seg ved den foretrukkede utforming vist på fig. 2 inn i stammetrådene 3 6 og hylsetrådene 49. Et foretrukket forankringsmateriale er epoksyharpiks.

En slange og koplings-sammenstilling 10 ifølge oppfinnelsen kan lages som i det følgende: En ubehandlet forpresset slange produseres på en sylindrisk spindel (ikke vist ). Forpressingen omfatter en radial innerste slange av ubehandlet elastomerisk materiale som vil bli slangen 13 av den fullstendige slange 12, gummierte stoff-forsterkningselementer 17 viklet omkring den ubehandlede slange ogminst to lag 18, 19 av hovedforsterkningselementer sammensatt av stålkabler 20. Utsparingen 33 fylles så med en ubehandlet elastomerisk forsegling 27. Dette trinn kan gjennomføres ved å vikle et ubehandlet gummibånd over spindelen slik at utsparingen fylles. Det herdede bånd må være i stand til å danne en integrert binding med slangen 13 under det etterfølgende herdetrinn. En alternativ fremgangsmåte for å fylle utsparingen kan anvendes. Det ubehandlede elastomer av det indre lag av slangeforpressingen kan også strekke seg ut over enden av stoff-forsterkningselementer 17 og rulles rundt seg selv for å danne et volum av ubehandlet elastomer tilstrekkelig for å.fylle utsparingen 33 i stammen 15 og danne det elastomeriske forseglingsmateriale 27. Den ubehandlede slangeforpressing er anbrakt med endevis forbindelse med stammen 15 slik at utstrekningen av den radiale innerste elastomeriske slange av forpressingen som strekker seg ut over enden av tekstilforsterkningselementer 17 anbringes inn i stammens 15 utsparing 33. Aksialt trykk tilstrekkelig til å tvinge forlengelsen av den innerste slanges 13 elastomeriske materiale til å fylle utsparingen tilføres mellom slangen og stammen.

Før den ubehandlede slangeforpressingen er i virkelig forbindelse med stammen 15, strekker hovedfor-sterkningselementene såsom stålkabler 20 seg inn på stammens ytre overflate på en slik måte at det ikke er noen vesentlig forandring i lagenes 18 og 19 middeldiameter idet de strekker seg fra slangen inn på stammen. Stålkablene 20 blir så viklet skrueformet inn på stammen inntil de skrueformede lag av stålkabler har strukket seg i det minste til stammens 15 tilslutning 35. Stålkablehe blir så forsvarlig bundet av en nedholderanordning såsom kabel-nedholderbånd 22 vist på fig. 2. Stålkablenes 20 deler som strekker seg inn på skulderområdet blir så kuttet av for å la stålkabellagene ende bare like ved skulderen 35. Enhver kabel som strekker seg inn på skulderområdet og inn på stammens del med større diameter blir fjernet. Hylsen 16 blir så tredd inn på stammedelen fra munnstykkeenden 32 slik at hylsens koniske ende 45 strekker seg over forsterkningselementer 18 og 19. Hylsen tres inn på stammen inntil den ribbemøtende skulder 44 er i fast kontakt med stammens hylsemøtende radiale ribbe 34. En passende anordning for forsegling er anbrakt på hylsens koniske ende for på den måten å tette for passering av ethvert fluidum og danne et tomt ringformet område eller rom mellom hylsen 16 og den forpressede slange. Fig. 2 viser en passende anordning for forsegling som er en terskel 51 som er sammensatt av gummiovertrukket stoffbånd som er viklet rundt sammenstillingens omkrets for å danne det ringformede rom eller mellomrom. Forankringsmaterialet 28 føres så gjennom minst én åpning 4 6 inn på det ringformede tomme rom mellom hylsens aksiale forsenkning 43 og stammens ytre overflate som strekker seg fra den radiale ribbe 34 mot stammens slange-tilkoplingsende 31. Det vil være klart at når et væskeforankringsmateriale 28 såsom e pcksyharpiks benyttes, trekker det seg mellom de enkelte stålkabler og fullstendig fyller det tomme område mellom hylsen og gjennom stammen til terskelen 51. Forankringsmaterialet 2 8 størkner og forankrer på den måten stålkablene 20 til koplingen 14. Deretter påføres det radiale helt ytre elastomeriske dekklag 26 over hele slangens utside og strekker seg inn på hylsens 16 ytre overflate for fullstendig å dekke hylsens 16 koniske ende 45. Dekklaget 26 strekker seg delvis over koplingen 14 for å tilveiebringe en sammenstilling med jevn diameter slik at vanskeligheter med sammenstillingen ved service er redusert. Etter full-føring av sammenstillingen av den ubehandlede slange og konservering eller størkning av forankringsmaterialet såsom epoksyharpiks, konserveres slangen og koplings-sammenstillingen 10 ved tilføring av varme og trykk på en konvensjonell måte for å fremkalle vulkanisering av den forpressedes slanges elastomeriske bestanddeler og for sikkert å binde det elastomeriske forseglingsmaterialet 27 til slangen 13 og til koplingens 14 nære overflate.

I mange arbeidsmiljøer kan det påføres et vridende moment til slangen og koplingskombinasjonen som ville overføre betydelige skjærspenninger til grenseflater mellom stammens 15 slange-tilkoplingsende 31 og det dertil fastklebede elastomeriske forseglingsmateriale 27. Enhver forvridning av forseglingsmaterialet kan forårsake lekkasje mellom koplingen og slangen. Stammens del som er i kontakt med dette elastomeriske materiale 27 kan rengjøres ved sandblåsing før sammenstillingen. En kjent adhesjons-formidler såsom Chemlock (varemerke) 205 og 220 i kombinasjon, tilgjengelig fra Hughson Chemical Corporation, kan også benyttes som er vel kjent for å forsterke adhesjonen ved denne kritiske endeforseglingsgrenseflate. Fremgangsmåten for oppbygning kan fortrinnsvis omfatte det tilleggstrinn at minst ett lag 17 med tekstilstoff-forsterkning strekkes forbi slange-tilkoplingsenden 31 inn på stammens hovedlegeme. Denne utstrekning av stoff-forsterkningslag 17 gjennom denne kritiske spenningsgrense-flate tilveiebringer en anordning for å spre skjærspenninger av slik vridning vekk fra slangens ende-forseglingsområde. Utsparingens 33 form er vist som en vanligvis U-form, men den kan maskineres i mange former for å sikre en god endeforsegling som er forklart i US patent 4 353 581 .

Elastomerisk materiale effektivt i slangen, dekklag og elastomerisk forseglingsmateriale er noen av de vel kjente gummipolymer omfattende naturgummi styrene-butadiene gummi, acrylonitrile-butadiene gummi, polychloroprene, polyisoprene, ethylene-propylene diene, polybutadiene.

Den foretrukkede utforming vist på fig. 2 var laget med

en innerste slange og elastomerisk forseglingsmateriale av acrylonitrile- butadiene copolymer med karbonsvart ladning. Dekklaget var en karboksyl acrylonitrile-butadiene blanding med karbonsvart og kisel-ladning.

En 7,6 m nedspylingsslange med innvendig diameter

20 cm og koplingssammenstilling var laget i henhold til fremgangsmåten beskrevet, tilpasset til utformingen vist på fig. 2. Koplingens munnstykkeende var sveiset til en flens og forbundet til kompressor. Slangen var utsatt for overtrykk på 17,4 MPa. Overtrykkslangen var utsatt for en endelast (aksialt strekk) på 534 kN. Til tross for en forlengelse på 64 cm opprettholdt slange-koplingssammen-stillingen det indre trykk under endelast-strekkprøven og viste at slange-til-kopling forseglingen var uskadd.

Det indre trykk steg til 31 MPa ved et endestrekk på 534 kN hovedsakelig på grunn av volumetriske forandringer i slangen. Slange-kopling-sammenstillingen ifølge oppfinnelsen ble funnet å være istand til å motstå indre overtrykk utover 69 MPa.

Mens visse representative utforminger og detaljer har blitt vist med det formål å tydeliggjøre oppfinnelsen, vil det være klart for fagfolk innenfor området at for-skjellige endringer og forbedringer kan gjøres uten å forlate oppfinnelsens rekkevidde.

Claims (4)

1. Stiv, todelt kopling for bøyelig slange omfattende en overveiende sylindrisk stamme (2) med en glatt sirkulær boring (4) derigjennom og en ytre overflate sammensatt av en del (9) med en større utvendig diameter avgrenset til en ende (7) med større diameter, og en del (8) med en mindre utvendig diameter avgrenset til en ende (5) med mindre diameter; og en hylse (3) som er overveiende rørformet, KARAKTERISERT VED at stammens (2) ende som har mindre diameter har en ringformet utsparing (6) i denne, idet delen (8) med den mindre utvendige diameter inneholder en rekke med flater (60) og riller (61) i sin ytre overflate, hvor den innvendige diameter, av hylsen (3) er lik den utvendige diameter av stammens (2) del (9) med den større utvendige diameter, og med en lengde større enn lengden av stammens (2) del (8) med den mindre utvendige diameter, idet hylsen (' 3) er anbragt koaksialt rundt stammen (2) for å over-dekke hele stammens (2) del (8) med den mindre diameter og for å strekke seg over en del av stammens (2) del (9) med den større diamter.

2. Fremgangsmåte for å kople en slange (12) til en kopling (14), idet slangen (12) omfatter et innerste rør (13) av elastomerisk materiale, et stort antall av tekstillag (17), et stort antall lag av forsterkningselementer (18, 19), og et ytterste elastomerisk dekke, koplingen (14) omfatter en stamme (15) og en hylse (16), idet stammen (15) har en ende (31) med mindre utvendig diameter og en ende (32) med større diameter, hvor enden (31) med mindre diameter har en ringformet utsparing (33) i seg, KARAKTERISERT VED at fremgangsmåten omfatter de trinn a) å anbringe en ubehandlet forpresset slanges (12) ende i forbindelse med stammens (15) ende (31) med den mindre diameter, idet den forpressede slange omfatter et radialt innerste rør av ubehandlet elastomerisk materiale, et stort antall av tekstillag (17) overliggende røret (13) og et stort antall lag av forsterkningselementer (18, 19), b) å fylle den ringformede utsparing (33) i stammens ende (31) med den mindre diamter med et elastomerisk tetningsmateriale (27), c) å strekke lagene av forsterkningselementer (18, 19) inn på stammen for fullstendig å dekke stammens (15) endedel (31) med den mindre diameter, d) å binde forsterkningselementene (18, 19) ned rundt stammens (15) endedel (31) med den mindre diameter, e) å beskjære forsterkningselementene (18, 19) slik at ikke noe forsterkningselement (18, 19) strekker seg lenger enn stammens (15) endedel (31) med den mindre diameter, f) å la hylsen (16) gli inn på stammen (15) over forsterkningselementene (18, 19), g) å tilveiebringe en innretning for tetning mellom forsterkningselementene (18, 19) og hylsen (16) for å danne en ringformet avstand derimellom, h) å fylle den ringformede avstand med et bindemateriale som festende inneslutter slangens (12) forsterkningselementer (18, 19), i) å tilføre det ytterste elastomeriske dekke (26) over en vesentlig del av hylsen (16) for å danne en slange og koplingssammenstilling, og j ) å tilføre varme og trykk til slangen og koplingssam-menstillingen for å vulkanisere slangen og på en sikker måte binde det elastomeriske tetningsmateriale (27) til stammens (15) ringformede utsparing (33).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at den videre omfatter de trinn å strekke den forpressede slanges innerste rør aksialt på den andre siden av tekstillagene (17) for å forme det elastomeriske tetningsmateriale (27), å tilveiebringe aksialt trykk mellom den forpressede slange og stammen (15) for å drive rørdelen som strekker seg på den andre siden av tekstillagene (17) inn i den ringformede utsparing (33) for derved å fylle den ringformede utsparing (33) i stammens (15) ende (31) med den mindre diameter med det elastomeriske tetningsmateriale (27).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at den videre omfatter det trinn å strekke minst ett ytterste lag av tekstillagene (17) fra den forpressede slange over stammens (15) ende (31) med den mindre diameter før lagene av forsterkningselementer (18, 19) strekkes inn på stammen (15) og over det ene ytterste lag.