NO177836B - Hydraulisk kobling - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en hydraulisk kobling innbefattende en første del med minst én tilbakeslagsventil, en andre del med minst én tilbakeslagsventil, en tetningsplate beregnet på plassering mellom den første og andre del, orienteringsorganer som orienterer den første del, den andre del og tetningsplaten i forhold til hverandre, samt minst ett forbindelsesorgan anordnet i tetningsplaten for å skape kommunikasjon mellom samhørende tilbakeslagsventiler.

Hydrauliske koblinger av denne type benyttes for sammenkobling av én eller flere fluidførende ledninger, spesielt for bruk under vann for sammenkobling av to horisontalt løpende ledninger som hver inneholder et antall enkelt-ledninger, eller tilkopling av én slik ledning til en bunninstallasjon. Den kan eksempelvis benyttes til å sammenknytte ledninger fylt med hydraulisk olje for styring av ventiler på undervannsutstyr. Imidlertid kan koblingen naturligvis brukes i mange andre sammenhenger.

Den foreliggende hydrauliske kobling er spesielt utviklet med tanke på horisontale koblinger, fordi disse stiller tilleggs-krav til konstruksjonen i forhold til vertikale koblinger. For en vertikal kobling er det vanlig at den ene flensen senkes ned over den andre, derved spiller det liten rolle hvor lang bevegelse som kreves fra koblingselementene først kommer i inngrep til koblingen er tett. For horisontale koblinger derimot, er vanligvis begge rørledninger som skal forbindes lagt før koplingsoperasjonen tar til. Derfor er det viktig at koblingen ikke krever lang bevegelse fra koblingselementene først kommer i inngrep til koblingen er tett.

For vertikale koblinger er det derfor vanlig å benytte tetningselementer som er en del av den ene flensen, og rager frem så langt at de får tilstrekkelig fleksibilitet til å ta opp dimensjonsavvik mellom flensene. For horisontale koblinger brukes heller tetningselementer som tetter mot begge flenser, og som plasseres i en koblingsplate eller tetningsplate som kan skiftes uten å ta opp rørledningene.

Det finnes en rekke tidligere koblingskonstruksjoner med metall-mot-metall tetningselementer der det innvendig trykk i koblingen bidrar til å holde forbindelsen tett. Noen av disse benytter sylindriske anleggsflater, og tetningselementer som deformeres elastisk, slik at de kan brukes flere ganger. Konstruksjoner der den ene tetningsflate er kuleformet finnes også. Et eksempel på en slik kobling er vist i TJS-patent

4817668.

Videre finnes det koblinger der et antall rør forbindes i felles flenser, der rørformede tetningselementer er montert med klaring i en koblingsplate slik at de kan tilpasse seg dimensjonsavvik i flensene.

En vanlig konstruksjon av denne type benytter AX-tetninger. AX-tetninger består av en konisk rørende som presses med stor kraft inn i et konisk hull med noe større konus-vinkel. Tetningselementene deformeres plastisk og må følgelig skiftes om koblingen må demonteres. Tiltross for den plastiske deformasjon av tetningsflåtene er slike koblinger avhengig av at flensene er tykke slik at de er tilstrekkelig dimensjons-stabile, at de presses mot hverandre med tilstrekkelig aksialkraft, og at tetningsflåtene deformeres plastisk i tilstrekkelig grad. Dette medfører krav om snevre toleranser i aksiell retning, og videre at rør-arrangementet i flensen velges slik at summen av de store aksielle krefter fra tetningene virker aksielt og nær senterlinjen for flensene.

Det fremgår at disse ulempene ved AX-tetninger unngås dersom man benytter radielt virkende tetninger, benytter bare elastisk deformasjon for å oppnå flatetrykket som kreves for tetning, og utformer tetningsflåtene slik at de i prinsipp tetter uansett om det foreligger vinkelavvik mellom senter-linjene for delene som skal sammenkoples.

Som det fremgår av det ovenstående, er et vesentlig formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en hydraulisk kobling der man ikke behøver å benytte store aksielle krefter i koblingen for å holde koblingen tett. Det er også et vesentlig formål å gjøre seg uavhengig av helt nøyaktig orientering eller flukt mellom delene som skal sammenkoples. Dette betyr at mindre vinkelavvik mellom delenes senterlinje opptas uten problemer. Som man vil forstå har dette spesielt stor betydning når mange rørledninger i en bunt skal sammenkoples med en motsvarende ledningsbunt ved hjelp av den hydrauliske kobling.

Derved kan det også brukes lettere flenser, tynnere tetningsplate og enklere orienteringsorganer uten tap av pålitelighet .

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det til-veiebragt en hydraulisk kobpling av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved at i en forlengelse av hver tilbakeslagsventil er det anordnet en sylinderflate med senterakse sammenfallende med tilbakeslagsventilens senterakse og nevnte forbindelsesorgan er i hver ende utformet med partielle, i og for seg kjente åpne kuleskall for utvendig tettende samvirke med sylinderflatene, idet de innvendige kuleflater er utsatt for samme trykk som det i mediet som går gjennom ventilene og forbindelsesorganet i den hensikt at trykkreftene skal bidra til økning av de radielle kreftene som skyldes den elastiske deformasjon av kuleskallet.

Med fordel kan materialet i forbindelseorganets kuleskall velges med mindre elastisitetsmodul enn materialet i delene med sylinderflatene.

Hvert forbindelsesorgan er med fordel løst fastholdt i tetningsplaten i den hensikt å oppta vinkelavvik mellom tilbakeslagsventilene i respektive første og andre del. Hvert forbindelsesorgan kan være tilvirket av en titan-legering, hvis elastisitetsmodul er omlag halvparten av elastisitetsmodulen for stål.

Den omtalte sylinderflate kan i innføringsenden være svakt konisk eller ha en utbuende utforming for å lette entringen av forbindelsesorganet.

For å øke flatetrykket mot sylinderflatene kan kuleskallets utvendige diameter være noe større enn den innvendige sylinderflates diameter.

For ytterligere å sikre god tetning kan sylinderflaten være svakt konisk med avtagende konusitet fra 0 til 10° mot tilbakeslagsventilen.

For ytterligere å sikre tetningsflåtenes pålitelighet, kan kuleskallene være plettert eller overflatebehandlet med et mykt metall, eksempelvis sølv, gull,bly eller et lagermetall.

Når kuleskallets utvendige diameter velges noe større enn den innvendige sylinderflates diameter, komprimeres kuleskallet elastisk i radiell retning, hvorved det dannes den tette forbindelse mellom kuleflaten og sylinderflaten. Om kuleskallet utføres i titan kan den radielle sammentrykkingen av kulesonen være i størrelsesorden 0,1 mm ved ekvator. Som nevnt er elastisitetsmodulen for stål ca. det dobbelte av modulen for titan. Benytter man stål i tetningselementet må den radielle sammentrykkingen begrenses til ca. halvparten. Det følger at titan tillater større maskinerings-toleranser og generelt gjør konstruksjonen mindre følsom, men at også stål er anvendbart.

Det skal også understrekes at når forbindelsen utsettes for innvendig trykk, vil trykkreftene på kulesonen forplantes gjennom kontaktflaten til den første og andre del. Kontakttrykket øker derved i takt med trykkforskjellen over tetningen slik at tetningen holder tett uansett trykk, inntil grenser som gis av materialer og dimensjoner som anvendes. Videre fremgår det at tetningen ikke er avhengig av aksialkraften som flensene holdes sammen med, og som nevnt heller ikke avhengig av at de to sylindriske tetningsflåtene er konsentriske eller i flukt.

Det følger som nevnt av disse egenskaper at konstruksjonen er lite følsom for dimensjons-avvik eller vinkelavvik, slik at den egner seg for sammenkobling av et stort antall rør montert i felles flenser, og videre at den tåler dimensjons-forandringer som følge av termisk ekspansjon, trykkrefter eller ytre krefter inklusive ulykkeslaster. Siden tetnings-flaten deformeres elastisk, og derformasjonen bestemmes i fabrikasjonen og ikke under sammenkoblingen, kan tetnings-flatene brukes flere ganger.

Andre og ytterligere formål, trekk og fordeler vil fremgå av den følgende beskrivelse av en for tiden foretrukket utførelse av oppfinnelsen, som er gitt for beskrivelsesfor-mål, uten derved å være begrensende, og gitt i forbindelse med de vedlagte tegninger hvor: Fig. 1 viser skjematisk og i delvis lengdesnitt en generell hydraulisk kopling som sammenskjøter to rørbunter der den hydrauliske kobling ifølge den foreliggende

oppfinnelse kan benyttes,

fig. 2 viser et snittriss av en del av en hydraulisk kobling

ifølge den foreliggende oppfinnelse,

fig. 3 viser et lengdesnitt gjennom en del av et forbindelsesorgan montert til tetningsplaten,

fig. 4 viser skjematisk et snitt gjennom en erstatnings-tetningsplate for omdirigering av fluidstrømmen, og fig. 5 viser skjematisk tetningsplaten ifølge fig. 4 sett ovenfra.

Fig. 1 viser en generell koblingsenhet 10a for sammenkobling av to rørbunter 11. Hver rørbunt 11 består av flere enkeltrør 12 slik som illustrert i fig. 1. Hver rørbunt 11 avslutter i respektive flensdeler la og 2a. Mellom flensdelene la og 2a er det anordnet en tetningsplate 5a. Tetningsplaten 5a kan med fordel utstyres med orienteringsorganer, f.eks. så som de illustrerte styretapper 13. Det skal dermed forstås at styretappene 13 orienterer flensdelene la og 2a og tetningsplaten 5a i forhold til hverandre.

I hver flensdel la og 2a er det anordnet flere tilbakeslagsventiler 3a,4a som er plassert slik i endeflensene la,2a at de i hovedsak flukter med hverandre når de er orientert gjennom styretappene 13.

Utenpå ledningsflensene la,2a ligger en segmentert klemklave 14 som kan omsette radielt virkende krefter til aksielt virkende krefter i den hensikt å trekke ledningsflensene la,2a sammen og mot tetningsplaten 5a. Omsetningen mellom de radielle krefter og de aksielle krefter skjer ved hjelp av skråflåtene 15 på endeflensene la,2a og tilsvarende skrå-flater på klemklaven 14.

Den segmenterte klemklave 14 kan enten virke som et verktøy for å trekke delene sammen, hvoretter ledningsflensene skrus sammen eller holdes sammen på annen måte, slik at verktøyet i form av klemklaven kan fjernes. Alternativt kan klemklaven omslutte koblingen varig så lenge det måtte være ønskelig å holde flensene sammenkoblet.

Fig. 2 viser en del av en hydraulisk kobling 10 som kan benyttes i koblingen 10a ifølge fig. 1. Den hydrauliske kobling 10 innbefatter en første del 1 som har minst én tilbakeslagsventil 3 anordnet i denne. Antallet tilbakeslagsventiler og ledninger er etter behov. Koblingen innbefatter også en andre del 2 som har et antall tilbakeslagsventiler 4 som korresponderer med antallet i den første del 1. Mellom den første del 1 og den andre del 2 er det anordnet en tetningsplate 5 som holder et forbindelseorgan 6 ved hjelp av en låserlng 16. Det er en klaring mellom tetningsplaten 5 og den ytre overflate av forbindelsesorganet 6 slik at dette er løst fastholdt i tetningsplaten 5. Dette er utført med forsett for å kunne oppta mindre vinkelavvik mellom rørledningene, eller tilbakeslagsventilene 3,4, som skal sammenkobles. Orienteringsorganer (ikke illustrert i fig. 2) er anordnet i koblingen for å orientere den første del 1, den andre del 2 og tetningsplaten 5 i forhold til hverandre slik at de respektive tilbakeslagsventiler 3,4 og tilhørende ledninger 12 i hovedsak korresponderer eller flukter med hverandre.

Videre har hver tilbakeslagsventil 3,4 en forlengelsesdel 7 som også er anordnet i den første og andre del 1,2 eller utgjør en del av denne. Forlengelsesdelen 7 har i den ende som vender mot tetningsplaten 5 tildannet en forsenkning i form av en sylindrisk flate 7a. Som illustrert kan flaten 7a i inngangspartiet 7b ha en utbuende eller konisk utforming.

Fig. 3 viser i nærmere detalj den utvendige del 6b av forbindelsesorganet 6. I hver ende av den utvendige del 6b er det anordnet kuleskallignende lepper 8 med en utvendig flate 8a og en innvendig flate 8b. Den utvendige flate 8a er beregnet på pressamvirke med den innvendige sylinderflate 7a i forlengelsesdelen 7. Den utbuende flate 7b er tildannet slik for å lette entringen av kuleskallet 8 i sylinderflatene 7a, spesielt dersom tilbakeslagsventilene 3,4 ikke er helt i flukt. Det skal nevnes at tilbakeslagsventilene 3,4 er av konvensjonell oppbygning og blir ikke nærmere beskrevet her, bortsett fra at de åpnes idet den første del 1 føres mot den andre del 2 og etter at kuleskallet 8 har kommet i kontakt med sylinderflatene 7a. Dermed vil det ikke oppstå noen fluidlekkasje i sammenkoblingsøyeblikket.

Med fordel kan kuleskallets ekvatorielle diameter tilvirkes med noe større diameter enn diameteren av sylinderflatene 7a. Dermed vil det i sammenkoblingsøyeblikket skje en elastisk sammentrykning av kulesonen. Eksempelvis kan denne være i størrelsesorden 0,1 mm ved ekvator. Veggtykkelsen i kuleskallet er tilstrekkelig i forhold til trykkdifferansen over tetningselementet. Som det fremgår av tegningen vil f orbindelsesorganet 6, når det utsettes for innvendig trykk, pådra trykkreftene mot den innvendige flate 8b av kuleskallet som forplantes gjennom kuleskallet til kontaktflaten mellom den utvendige kuleflate 8a og den innvendige sylinderflate 7a. Kontakttrykket øker derved i takt med trykkforskjellen over f orbindelsesorganet 6 slik at det er tett forbindelse uansett trykk, inntil grenser som gis av materialer og dimensjoner som anvendes. Det skal også forstås at tetningen ikke er avhengig av aksialkraften som delene 1,2,5 holdes sammen med, og som nevnt heller ikke avhengig av at sylinderflatene 7a på de respektive deler 1,2 er helt konsentriske eller i flukt. Dette skyldes altså den løse innfesting av forbindelsesorganet 6 i tetningsplaten 5 samt kuleskallene 8 som skaper rom for å oppta dette vinkelavvik.

Den innvendige del 6c av forbindelsesorganet 6 utgjør kommunikasjonsdelen og er i den viste utførelse todelt for innmontering fra hver sin ende.

Tetningsplaten 5 er ofte selv utstyrt med tetninger 17 mot det omgivende medium, slik at det dannes et lukket volum mellom disse og forbindelsesorganene 6 for hver enkelt rørledning 12 eller tilbakeslagsventil 3,4. Dermed kan man ved å trykksette dette lukkede volum kontrollere at alle forbindelsene er tette før den hydrauliske kobling tas i bruk.

Av fabrikasjonshensyn er tilbakeslagsventilene 3,4 sammen med tetningsplaten 5 utformet som løse elementer og vist slik på f igurene.

Den utvendige del 6t» av forbindelsesorganet 6, eventuelt bare kuleskalldelen 8, kan som nevnt fortrinnsvis være tilvirket av en titan-legering.

Videre kan den utvendige overflate 8a av kuleskallene 8 være plettert eller overflatebehandlet på annen måte, f.eks. med sølv, gull, bly eller et lagermetall som har evne til å lett deformere seg og tilpasse seg ujevnheter i den flate det skal virke mot. Dette er for ytterligere å sikre tetningen mellom kuleflaten 8a og sylinderflaten 7a.

Det vises nå til fig. 4 og 5. Det hender at det oppstår lekkasjer eller andre feil på ventiler og lignende i undervanns-installasjoner. Det kan da være ønskelig å kunne omdirigere hydrauliske forbindelser. For dette formål er det frembragt en erstatnings-tetningsplate 5c som kan erstatte den tidligere tetningsplate 5. Ved at forbindelsesorganene 6 ikke utsettes for stor aksialkraft kan dette behovet dekkes. Nå er tetningsplaten 5c utformet med ett eller flere spor eller kanaler 18 (her kun vist én) og to og to forbindelses-organer 6 er forbundet via kanalene 18. Som vist er f or-bindelsesorganene 6d avblendet i en ende. Med denne konstruksjon vil fluid som transporteres gjennom ett rør også kunne fordeles til to rør, eller omdirigeres fra ett rør til et annet, ved å erstatte den opprinnelige tetningsplaten 5 med en plate 5c som vist på fig. 4 og 5.

Det skal nevnes at forsøk på å benytte en tilsvarende løsning med en stor AX-tetning ville være risikabelt, fordi det usymmetriske forbindelsesorganet her kunne bøye seg under den store aksialkraften som trengs for tetning.

Claims (9)

1. Hydraulisk kobling (10) innbefattende en første del (1) med minst én tilbakeslagsventil (3), en andre del (2) med minst én tilbakeslagsventil (4), en tetningsplate (5) beregnet på plassering mellom den første og andre del (1,2), orienteringsorganer som orienterer den første del (1), den andre del (2) og tetningsplaten (5) i forhold til hverandre, samt minst ett forbindelsesorgan (6) anordnet i tetningsplaten (5) for å skape kommunikasjon mellom samhørende tilbakeslagsventiler (3,4), karakterisert ved at i en forlengelsesdel (7) av hver tilbakeslagsventil (3,4) er det anordnet en sylinderflate (7a) med senterakse sammenfallende med tilbakeslagsventilens (3,4) senterakse og nevnte forbindelsesorgan (6) er i hver ende utformet med partielle, i og for seg kjente åpne kuleskall (8) for utvendig tettende samvirke med sylinderflatene (7a), idet de innvendige kuleflater (8b) av kuleskallene er utsatt for samme trykk som det i mediet som går gjennom ventilene (3,4) og forbindelsesorganet (6) i den hensikt at trykk-kreftene skal bidra til økning av de radielle kreftene som skyldes den elastiske deformasjon av kuleskallet (8).

2. Hydraulisk kobling ifølge krav 1, karakterisert ved at materialet i forbindelsesorganets kuleskall (8) velges med større elastisitetsmodul enn materialet i forlengelsesdelen (7).

3. Hydraulisk kobling ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at hvert forbindelsesorgan (6) er løst fastholdt i tetningsplaten (5) i den hensikt å oppta vinkelavvik mellom tilbakeslagsventilene (3,4) i respektive første og andre del (1,2).

4. Hydraulisk kobling ifølge krav 1,2 eller 3, karakterisert ved at hvert forbindelsesorgan (6) er tilvirket av en titan-legering.

5. Hydraulisk kobling ifølge krav 1,2,3 eller 4, karakterisert ved at nevnte sylinderflate (7a) er i innføringsenden svakt konisk eller utbuende utformet.

6. Hydraulisk kobling ifølge et eller flere av kravene 1-5, karakterisert ved at kuleskallets (8) utvendige diameter er noe større enn den innvendige sylinder-flatens (7a) diameter.

7. Hydraulisk kobling ifølge et eller flere av kravene 1-6, karakterisert ved at nevnte sylinderflate (7a) er svakt konisk med avtagende konusitet fra 0 til 10° mot tilbakeslagsventilen (3,4).

8. Hydraulisk kobling ifølge et eller flere av kravene 1-7, karakterisert ved at kuleskallene (8) er plettert eller på annen måte overflatebehandlet, fortrinnsvis med sølv, gull, bly eller et lagermetall.

9. Hydraulisk kobling ifølge et eller flere av kravene 1-8, karakterisert ved at tetningsplaten (5) er utskiftbar med én (5c) som er istand til å avdele eller omdirigere fluid mellom ulike ventiler (fig. 4 og 5).