NO173526B - Skjoetanordning for staalroer paa en marin konstruksjon - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en skjøtanordning for sammenskjøting av stålrør for bruk som fortøyningsbenele-menter for en marin konstruksjon, slik det nærmere fremgår av ingressen til det etterfølgende selvstendige krav.

En slik skjøtanordning kan som nevnt benyttes på stagelement-er for fortøyning av en marin konstruksjon, slik som en strekkstagplattform (TLP).

I de senere år når boreoperasjoner for oljebrønner er blitt utført i et havområde som har større dybder og vanskelige meteoro-logiske forhold, har plasseringen av en strekkstagplattform (TLP), slik som den vist i fig.l som er i stand til å feste på sikker måte et flytende legeme, som reduserer plasserings-tiden for det flytende legemet vesentlig og kan fjernes på enkel måte etter at en boreoperasjon er fullendt, vært utført i praksis eller er planlagt å bli gjort i ulike sjøområder. Selv om TLP fortøyningselementer bestående av stålrør, ståltau og fibertau har vært foreslått, er det mulig at stålrørsben eller stag, som har vært brukt i stor utstrekning i praksis som stigerør, borerør og foringsrør, også vil bli brukt i stor utstrekning i fremtiden. Det vises til fig.l, hvor henvisningstallet 1 angir et skrog, 2 strekkstag, 3 en tappdel av et stagelement av stålrør, 4 en muffedel av et stagelement av stålrør, 5 en forankring, 6 en øvre ende av et strekkstag, og 7 en nedre ende av strekkstaget.

Det er mulig at f.eks. en sveist skjøt eller en gjenget skjøt anvendes som en skjøt for et stagelement av stålrør, som vist i fig. 2, og har en tapp og en muffe ved sine endepartier. Med hensyn til det faktum at en gjenget skjøt kan innsettes, tas fra hverandre og repareres mer fordelaktig enn en sveist skjøt, vil sannsynligvis en gjenget skjøt bli brukt i større utstrekning i fremtiden. Det vises til tegningene hvor henvisningstallet 8 angir et stålrørstag, og 9 en tappdel med gjenget parti.

Blant de egenskaper som kreves for en skjøt for et stålrør-stag er en styrke tilstrekkelig stor til å motstå statiske og dynamiske belastninger med hensyn til en første aksiell kraft påført stagelementene og en fluktuerende last påført av bølger, vind og tidevannsstrømmer, og tilstrekkelig tettende ytelse for slik å forhindre inntrengning av sjøvann inn i det gjengede parti av skjøten, hvilket bevirker korrosjonsutmat-ning av skjøten og en hurtig minskning av dens levetid.

En saggjenge ifølge standardene til American Petroleum Institute (API) har vært brukt som en svært forsterket stålrørskjøt, hvilken har tilstrekkelig høy statisk og dynamisk styrke.

Dette er en foringsrørskjøt med trapesgjenger ifølge standardene til American Petroleum Institute (API) som en stålrørskjøt som har en ytre tettende overflatestruktur. Oppbygningen av denne skjøt er vist i fig. 3. Den ytre tettende overflatestruktur i denne skjøt har en vridningsmomentskulder 10 i hvilken et skulderparti av en muffeende og et motstående skulderparti av tappenden er i tett samvirke med hverandre for å avtette skjøten mot et utvendig trykk. I denne tetningsstruktur, er nemlig tetningsflatetrykket sikret ved grenseflaten mellom muffens og tappens skulderparti med hverandre. Dersom denne skjøt har en forholdsvis stor inngrepsmargin oppstår imidlertid skjæring, mens dersom skjøten har en for liten inngrepsmargin, oppstår lekkasje når en aksiell kraft påføres skjøten. Således er området for egnede nivåer av inngrepsmarginen for denne skjøt smalt, slik at denne skjøt har praktiske problemer.

Søkerne har allerede foreslått skjøter med en to-trinns tetningsmekanisme for olje og gassrør (rørvarer for olje-industrien) som beskrevet i US patent 4377302. Disse skjøter ble imidlertid utviklet spesielt for olje og gassrør, og hovedbetraktningen ble gitt til gasstetningen på innsiden av skjøtene, og gasstetningen på utsiden av skjøtene ble kun betraktet med hensyn til motstand mot angrep av hydrogensul-fid under en statisk tilstand hovedsakelig fri for aksielle lastvariasjoner. I tilfelle av skjøter for stålrørstag-elementer for fortøyning av marine konstruksjoner, utsettes skjøtene for store, kontinuerlige aksielle lastvariasjoner under sjøpåvirkning, hvilket har vært hovedårsak for tapt samvirke mellom kontaktflatene til skjøtene som resulterer i svikt i tetningen, og skader på selve skjøtene på grunn av markert lavere utmattingsstyrke for stålet i sjøvann sammen-lignet med den i luft. De herværende oppfinnere visste at disse problemer ikke kunne løses med de typer skjøter som er beskrevet i US patent 4377302, og ledet utstrakte studier og forsøk for å finne ut en skjøtkonstruksjon som kunne opprett-holde en tilfredsstillende tetning på utsiden av skjøten mot store, kontinuerlige aksielle lastvariasjoner under tjeneste i sjøvann.

De herværende oppfinnere har gjort en studie av en skjøt av denne art fra ulike aspekter for slik å tilveiebringe en gjenget skjøt med utmerket tetningsytelse som ikke ufordel-aktig påvirkes av gjengens skjærnøyaktighet og fluktuasjoner i tiltrekningsmomentet som skjer under en staginnsettings-operasjon av stålrørene. Som et resultat er det funnet at de ovenfor nevnte problemer av tidligere kjente skjøter av denne art kan løses ved å tilveiebringe en tetningsstruktur på den ytre overflate med to-trinns skuldere der den ytre skulder er av typen omvendt skulder som har en varierende inngrepskant. Den foreliggende oppfinnelse er utviklet på basis av denne oppdagelse.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en skjøtanordning av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved de trekk som fremgår av karakteristikken til det etterfølgende selvstendige krav.

I dette stagelement av stålrør for en strekkstagplattform, er en omvendt vridningsmomentskulder anordnet som en ytre tetningsflate, og en andre vridningsmomentskulder som en innretning for å kontrollere tilstramningsmomentet på enkel måte og forhindre for stor tiltrekking. Inngrepskantene av de omvendte vridningsmomentskuldere er dannet slik at de mottar ulike flatetrykk i ulike posisjoner, hvorved det ikke oppstår noe gap mellom tetningsflåtene av momentskuldrene når en strekklast påføres skjøten.

Formålene og de fordelaktige trekk ved oppfinnelsen vil fremkomme av den følgende beskrivelse av en foretrukket utførelse gitt i forbindelse med de vedlagte tegninger.

Fig. 1 (a) er en skjematisk fremstilling av en TLP;

fig. 1 (b) illustrerer et tapp/muffeparti;

fig. 2 illustrerer et stagelement som har en tapp og en

muffe ved sine respektive endepartier;

fig. 3 illustrerer en konvensjonell skjøt;

fig. 4 illustrerer den foreliggende oppfinnelse i sin

helhet;

fig. 5 er et detaljriss av tetningspartiet ifølge den

foreliggende oppfinnelse;

fig.6 og 7 er detaljriss av tappdelen og muffedelen ifølge

den foreliggende oppfinnelse; og

fig.8 og 9 viser eksempler på beregnede verdier for

trykkfordelingen på tetningsflaten.

Utførelsene ifølge den foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet med henvisning til figurene 4-9.

Fig. 4 er et snittriss av en skjøt med en tapp og en muffe tilstrammet, fig. 5 er et snittriss av hovedpartiet ifølge den foreliggende oppfinnelse, og fig. 6 og 7 er detaljriss av tappdelen og muffedelen.

Henvisningstallet 11 i fig. 5 angir en hovedmomentskulder tilpasset til å motta en reaksjonskraft generert ved tiltrekking av gjengene 18, skape en inngrepskant og sikre et tetningsflatetrykk som skyldes den elastiske deformasjon, som oppstår på grunn av denne reaksjonskraft mellom tappdelens og muffedelens tetningsflater, angitt ved lia i fig. 6 og 11b i fig. 7, henholdsvis. Henvisningstallet 19 angir en tetningsring som kan anordnes i tillegg som en sekundær ekstratetning for bruk når lekkasje oppstår ved tetningsflaten på hoved-moment skulderen. Dermed kan den foreliggende oppfinnelse anvende en struktur anordnet med tetningsringen 19. Henvisningstallet 17 i fig. 5 angir en andre trinns momentskulder. Skjøten er lagd slik at, når tappdelen og muffedelen av stagelementene tilstrammes, er hovedmomentskuldrene 11 til disse i inngrep med hverandre på det første sted; og etter at stagelementene har blitt ytterligere tilstrammet, blir momentskulderne 17 i andre trinnet bragt i inngrep med hverandre. På grunn av denne oppbygning, kan kompletteringen av tiltrekkingsoperasjonen detekteres ved et punkt med økning i tiltrekkingsmomentet som øker brått ved et visst punkt under tiltrekkingsoperasjonen. Følgelig kan tiltrekkingsmomentet styres eller kontrolleres. I tillegg til kontrollering av tiltrekkingsmomentet, kan kontrollen av nivået for inngrepskanten for momentskulderen gjøres enkelt, og også overtiltrekking, hvilket bevirker at den elastiske deformasjon på hovedmomentskulderen 11 av stagelementene kan forhindres. Det vises til tegningene hvor henvisningstallet 12 angir en flat indre posisjoneringsf late, 14 en indre tetningsf late og 16 et spor for en tetningsring som kan anordnes i tillegg. Henvisningstallet 15 angir en konisk flate som forbinder hovedmomentskulderne og andre- trinns momentskulderne. Ved dette parti av skjøten er det mulig at dimensjonene av tappdelenes og muffedelenes flatepartier 15a, 15b er satt slik at kanten er skåret med en klaring, eller at inngrepskantene er anordnet på flatepartiene 15a, 15b for derved å påføre en omkretsmessig presskraft i tillegg til hovedmomentskulderen 11.

Som vist i fig. 6 og 7, er en vinkel Gl mellom tappdelens momentskulder lia og retningen som er i rette vinkler til aksen av stagelementet, og en vinkel 93 mellom muffedelens momentskulder 11b og retningen som er i rette vinkler til aksen av stagelementet, satt forskjellig slik at 01 er større enn 03. En inngrepskant er således tilveiebragt på tetningsflaten av hovedmomentskulderen slik at inngrepskanten varierer, dvs. øker mot utsiden av rørstag-elementet. Følgelig kan fordelingen av tiltrekningskraften på momentskulderen, som oppstår når en aksiell kraft påføres skjøten etter at tiltrekningsoperasjonen er ferdig, kontrolleres for å gi et jevnt flatetrykk.

Derfor kan forekomsten av et gap, som forårsaker lokal inntrengning av sjøvann inn i tetningsflaten i den ytre flate av momentskulderen 11 forhindres.

I den foreliggende oppfinnelse er både 01 og 03 holdt i et område større enn 0° og mindre enn 40° . Når 01 og 03 er 0° eller mindre, kan ingen vesentlig effekt ved inngrepskantfor-delingen oppnås. På den andre side når vinklene er større enn 40°, bevirkes en for stor omkretsmessig spenning på det ytre parti av tappskulderen som fremkaller plastisk deformasjon på denne; og dermed svikt i å sikre et korrekt flatetrykk under repetert tjeneste.

Med hensyn til forskjellen mellom 01 og 03, er det å foretrekke at forskjellen holdes i området fra 0,1° til 1°. Med en forskjell mindre enn 0,1°, kan et jevnt tetningsflatetrykk ikke oppnås, og med en forskjell større enn 1° vil flatetrykket være stort på utsiden av skulderen og bevirke riving. Fig. 8 viser eksempler på beregnede verdier av tetningsflatetrykkfordelingen når rørstagelementene er tilstrammet med inngrepskantfordel ingen av 0,7 mm ved punktet a av hovedmomentskulderen og 0,05 mm ved punktet b av hovedmomentskulderen vist i fig. 5, og en aksiell kraft på 20 kg/mm<2 >(uttrykt som spenninger tildelt rørlegemet) påført skjøten. Den stiplede linje viser tetningsflatetrykkfordelingen under en tiltrekkingsoperasjon, og den heltrukne linje tetningsflate-trykkfordelingen under påføring av en aksiell kraft. Fig. 9 viser eksempel på beregnede verdier av tetningsflate-trykkf ordel ingen når rørstagelementene tiltrekkes med jevn inngrepskantfordel ing av 0,05 mm anordnet mellom punktene a og b på hovedmomentskulderen vist i fig. 5, og en aksiell kraft på 20 kg/mm<2> (uttrykt som spenninger tildelt rør-legemet) påført skjøten.

Den brutte linje viser tetningsf latetrykkf ordel ingen unde. n tiltrekkingsoperasjon, og den heltrukne linje tetningsf! a-trykkf ordel ingen under påføringen av en aksiell kraft. f*et skal forstås fra disse diagrammer at en åpning skjer på den siden hvor punkt a har en aksiell kraft på 20 kg/mm<2> i tilfelle av fig. 9, og at tetningsflatetrykket kan sikres uten at det oppstår åpninger med en aksiell kraft på

20 kg/mm<2> i tilfelle av fig. 8.

Derfor kan en tetningsf late hvor det ikke skjer noen åpning når en aksiell kraft påføres denne, dannes ved å tilveiebringe en korrekt flatetrykkfordeling på tetningsflate-kanten mens det totale flatetrykk kontrolleres til et lavt nivå.

Bruken av skjøten ifølge den foreliggende oppfinnelse tjener til å forbedre nøyaktigheten av innsetting av både inngrepskanten for en momentskulder i en tetningsflate og tiltrekkingsmomentet, for å klare størrelsen av inngrepskanten og for å hindre for høy tiltrekking av stagelementene. Videre kan forholdet mellom produksjonsnøyaktigheten med hensyn til posisjonene av gjengene og hovedmomentskulderen i den aksielle retning av skjøten og tiltrekningsnøyaktigheten presist kontrolleres. Denne skjøt kan dannes slik at et gap skjelden oppstår i den ytre flate av hovedmomentskulderen når en aksiell kraft påføres denne, på grunn av flatetrykkfordel-ingen skapt på tappdelens og muffedelens kontaktpartier av hovedmomentskulderflaten.

Claims (4)

1. Skjøtanordning for sammenskjøting av stålrør for bruk som fortøyningsbenelementer for en marin konstruksjon, ved hvilken skjøtanordning endepartiet av et stålrør definerer en tapp (3) med en utvendig gjenge (18) tildannet på rørets utvendige overflate og endepartiet av det andre stålrør definerer en muffe (4) med en tilsvarende innvendig gjenge tildannet på muffens innvendige overflate, karakterisert ved at skjøtanordningen har første samvirkende skulderflater (11) på tappen (3) og muffen (4) og flatene tjener som en utvendig flatetetningsinnretning, andre samvirkende skulderf later (17) som tjener til å styre tiltrekkingsmomentet, hvilke første skulderflater (lia,11b) skrår i forhold til skjøtanordningens lengdeakse og de andre skulderflater (17a,17b) står hovedsakelig radielt på lengdeaksen og er plassert mellom de første skulderflater og gjengene, hvilke kontaktflater på tappen og muffen har ulike helninger, hvorved en f latetrykkfordeling dannes i de første skulderflater (11), og de andre skulderflater (17) tjener til å styre tetningstrykket på de første skulderflater (11) ved å styre skjøtens tiltrekkingsmoment.

2. Skjøtanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at helningsvinkelen (6^), for de første skulderflater (lia,11b) ligger i området større enn 0° og ikke mer enn 40°.

3. Skjøtanordning ifølge krav 2, karakterisert ved at helningsvinkelen for muffens skulderflate (11b) avviker fra 0,1° til 1,0° fra helningsvinkelen for den tilsvarende flate (lia) på tappen (3).

4 . Skjøtanordning ifølge et eller flere av de foranstående krav, karakterisert ved at den innbefatter en tetningsring (19) i et spor (16) tildannet i overflaten av muffen for å kontakte tappen i området mellom de første skulderflater (11) og gjengene (18).