NO312694B1 - Undervanns-fluidkopling - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår undervanns-fluidkoplinger, og særlig en undervanns-fluid-hurtigkopling hvor det anvendes metalliske tetninger.

Undervanns-fluidkoplinger blir vanligvis brukt i forbindelse med undervanns-oljebrønner. Undervannsbrønnens funksjo-ner styres ved hjelp av ventiler og andre anordninger som påvirkes ved hjelp av hydraulisk fluid. Dette fluid leveres fra vann-overflaten gjennom fluid-tilførselsledninger som er forbundet med undervannsbrønnen ved hjelp av undervannskoplinger. Det er vanlig å anvende undervanns-hurtigkoplinger. Hver kopling omfatter en tappdel og en muffedel som er forbundet med hver Sin Vanlige monteringsplate. Ved å bringe monteringsplatene mot hverandre, kan samtidig tilkopling av tapp- og muffedelene utføres. Likeledes kan samtidig fråkopling av tapp- og muffedelene utføres ved å skille monteringsplatene fra hverandre.

Det er nødvendig å tilveiebringe en tilstrekkelig tet-ningsvirkning under tilkoplings- og frakoplingsoperasjoner,

for å hindre at sjøvann trenger inn i rørledningene samt for å minimere spill av hydraulisk fluid. Det er også ønskelig å minimere motstanden mot tilkoplingen og fråkoplingen av tapp-og muffedelene.

Foreliggende oppfinnelse angår en undervanns-fluidkopling omfattende en tappdel og en muffedel. Tappdelen omfatter et hus som danner en første endeflate, og en åpning som strekker seg i lengderetningen inn i huset gjennom den første endeflate. Åpningen har ikke-sirkulært tverrsnittsform og omfatter første og andre vegger som er anordnet på motsatte tverrsider av en lengdeakse hos åpningen. En første fluidledende kanal er utformet i huset og skjærer åpningens første vegg for sammen med denne å danne en første port. En sluse er anordnet forskyvbar i lengderetningen i åpningen og omfatter sideveis adskilte, første og andre ytterflater som er innrettet til å vende mot henholdsvis den første og andre vegg. Slusen er forspent i lengderetningen mot den første endeflate til en port-blokkerende stilling. Slusen omfatter et i tverretningen gjennomgående hull som setter den første port i forbindelse med den andre ytterflate når slusen er i den port-blokkerende stilling.

Tappdelen omfatter en rørdel med ikke-sirkulær tverrsnittsform som motsvarer åpningens form. Rørdelen har tredje og fjerde ytterflater som er anordnet på motsatte tverrsider av en lengdeakse hos rørdelen. Rørdelen danner en andre endeflate som kan bringes i en stilling hvor den vender mot åpningen i huset. Rørdelen omfatter en andre fluidledende kanal. Denne andre kanal omfatter et første parti som strekker seg mot den andre endeflate, og et tverrparti som skjærer henholdsvis den tredje og fjerde ytterflate, for sammen med disse"å danne andre og tredje korresponderende porter. Rør-delen er dimensjonert til å innføres i åpningen gjennom den første endeflate når tapp- og muffedelene bringes sammen, for derved å skyve slusen ut av dens port-blokkerende stilling og bringe den andre og tredje port på linje med den første port. Tappdelen omfatter videre en sleide som er montert på rørdelen for lengdeveis forskyvning langs denne og som er forspent til en port-blokkerende stilling. Sleiden omfatter sideveis adskilte tredje og fjerde stort sett plane vegger som er innrettet til å flukte med henholdsvis de tredje og fjerde porter når sleiden er i sin port-blokkerende stilling. Det er anordnet en tetningskonstruksjon som omfatter første og andre ringformete metalltetninger som er anordnet i et sideveis på linje innrettet forhold på muffedelen, og tredje og fjerde ringformete metalltetninger som er anordnet i et sideveis på linje innrettet forhold på tappdelen. Den første tetning er anordnet mellom åpningens første vegg og slusens første ytterflate. Den andre tetning er anordnet mellom åpningens andre vegg og slusens andre ytterflate. Den første tetning er anordnet omsluttende rundt den første port og rundt en ende av hullet når slusen er i sin port-blokkerende stilling. Den andre tetning er anordnet rundt en annen ende av hullet når slusen er i sin port-blokkerende stilling. Den tredje tetning er anordnet mellom sleidens tredje vegg og rørdelens tredje ytterflate. Den fjerde tetning er anordnet mellom sleidens fjerde vegg og rørdelens fjerde ytterflate. De tredje og fjerde tetninger er anordnet rundt henholdsvis den tredje og fjerde port når sleiden er i sin port-blokkerende stilling.

Hullet leder fluidtrykk til slusens motsatte tverrflater for trykkut lign ing av slusen i tverretningen når hullet er innrettet på linje med den første port. Den andre kanalens tverrparti leder fluidtrykk til slusens ytterflater for trykkutligning av slusen i tverretningen når slusen er anordnet i åpningen.

Formålene og fordelene med oppfinnelsen vil fremgå av følgende nærmere beskrivelse av foretrukne utføringsformer av denne i tilknytning til de medfølgende tegninger hvor like henvisningstall angir like elementer og hvor: Fig. l-er et lengdesnitt gjennom en undervanns-fluidkopling ifølge foreliggende oppfinnelse, hvor koplingen er i en frakoplet tilstand; Fig. 2 er et riss lik fig. 1, hvor koplingen er i en tilkoplet tilstand; Fig. 3 er et lengdesnitt gjennom fig. 2; Fig. 4 er et tverrsnitt langs linje 4-4 i fig. 2; Fig. 5 er et utsnitt av en andre utføringsform av oppfinnelsen, hvor koplingen er i tilkoplet tilstand; og Fig. 6 er et utsnitt av en tetning som vist i fig. 5. Koplingen 10 vist i fig. 1-4 omfatter tapp- og muffedeler 12, 14 som er festet til hver sin monteringsplate 16, 18. Det skal forstås at et stort antall identiske koplinger 10 er festet til platene 16, 18 for samtidig tilkopling og fråkopling når platene beveges mot og fra hverandre.

Muffedelen 14 omfatter et metallhus 17 som er festet til monteringsplaten 18 på hvilken som helst egnet måte, f.eks. ved hjelp av bolter 20 som strekker seg gjennom hull som er utformet i huset 16 (se fig. 4) . Huset 17 omfatter en første endeflate 22 som vender mot tappdelen 12. En åpning med rektangulært tverrsnitt strekker seg inn i huset 17 gjennom endeflaten 22. Åpningen 24 omfatter plane vegger 26, 28 som er anordnet på motsatte sider av en lengdeakse 30 hos åpningen 24. Åpningen 24 kommuniserer med en boring 32 med sirkulært tverrsnitt, som strekker seg til en andre endeflate 34 på huset.

I huset 17 er det utformet en fluidkanal 36 hvis ene ende er innrettet til å tilkoples en tilførselsledning 38 som strekker seg til en hydraulikkfluidkilde ved vann-overflaten,

og en andre ende som skjærer åpningen til veggen 26 for sammen med denne å danne en port 39 som setter kanalen 36 i forbindelse med åpningen 24.

En metallsluse 40 er forskyvbart anordnet i åpningen 24

og omfatter plane flater 42, 44 som forskyvbart ligger an mot åpningsveggene henholdsvis 26, 28. En sirkulær plate 46 som er- anordnet i boringen 32 er festet til en ende av slusen 40 ved hjelp av- skruer 47 og påvirkes av en trykk-skruef jær 48

som er innspent mellom platen 46 og en annen sirkulær plate 50. Platen 50 er fastholdt i boringen 32 ved hjelp av en delt låsering 52.

Fjæren 48 presser slusen 40 mot endeflaten 22 til en port-blokkerende stilling hvor porten 39 er blokkert. En tetningsdel 60 av metall er anordnet i et utvidet parti av fluidkanalen 36. Denne tetningsdel 60 omfatter en hul sylin-der med en noe utadbøyet endeflate som ligger an mot slusefla-ten 42 for sammen med denne å danne en metallisk tetning når slusen er i sin port-blokkerende stilling. En tetningskraft 62, såsom en ringformet metallring med C-formet tverrsnitt, er anordnet mellom tetningsdelen 60 og en skulder på utvidelsen, for derved å utøve en i tverretningen virkende fjærkraft som presser tetningsdelen 60 mot åpningen 24. En 0-ring 64 av elastomermateriale danner en sekundær skyvetetning mellom tetningsdelen 60 og en sidevegg på utvidelsen.

Rett overfor tetningsdelen 60 er det anordnet en annen tetningsdel 70 i en tetningsholder 72. Tetningsholderen er stort sett koppformet og er fastskrudd i en gjenget utsparing i huset 16. Tetningsdelen 70 er av samme utforming som tetningsdelen 60 og presses mot åpningen 24 ved hjelp av en tet-ningsfjær 62' som er identisk med tetningsfjæren 62. En O-ring 64 av elastomermateriale danner en sekundær tetning mellom tetningsdelen 70 og en sidevegg på tetningsholderen 72.

Et hull 80 strekker seg i tverretningen gjennom slusen og skjærer flatene 42, 44, på en slik måte at tetningsdelene 60, 70 bringes i fluidforbindelse når slusen 40 er i sin port-blokkerende stilling, hvorved slusen er sideveis trykkutlignet ved flatene 42, 44. Dvs, i fravær av hullet 80 ville trykk-fluid i kanalen 36 forårsake en sidekraft som ville presse slusen mot veggen 28 og derved skape friksjonskrefter som ville motvirke slusebevegelse.

Bevegelse av slusen til en port-åpnende stilling frem-bringes ved hjelp av tappdelen 12 som omfatter en rørdel 90 av metall og med en sylindrisk monteringsende 91 som strekker seg gjennom et hull 92 som er utformet i platen 16 og festet i denne ved hjjelp av en mutter 94. Omdreining av rørdelen om dens lendgeakse 93 hindres ved hjelp av en pinne 95 (se fig. 3) som står i inngrep med utsparinger i platen 16 og rørdelen 90. Det parti av rørdelen 90 som strekker seg fra monterings-enden 91 i retning bort fra platen 16, har rektangulær tverrsnittsform tilsvarende formen til åpningen 24.

Rørdelen 90 har en gjennomgående kanal 96 som på hvilken som helst egnet måte er forbundet med en ventil eller annen aktiveringsanordning (ikke vist) som er anordnet på en under-vannsbrønn (ikke vist). Kanalen 96 omfatter et aksialt parti 98 og et tverrløpende parti 100. Aksialpartiet 98 avsluttes like før rørdelens 90 endeflate 93. Ved dette endepunkt skjæ-res aksialpartiet 98 av tverrpartiet 100. Tverrpartiet 100 skjærer to plane ytterflater 102, 104 hos rørdelen 90 og danner sammen med denne to porter henholdsvis 106, 108.

På disse ytterflater 106, 108 er det montert en lukkesleide-enhet 110 som er innrettet for aksial forskyvning i forhold til rørdelen 90. Lukkesleide-enheten 110 omfatter en blokk 112 i hvilken det er utformet et aksialt gjennomgående hull 114, og to sidehull 116. Blokken 112 kan være utformet i ett stykke, eller i to sammenføyde stykker som hvert har et sidehull 116. Sidehullene 116, som skjærer aksialhullet 114, opptar hvert sitt av to tetningselementer 118 av metall. Hvert forskyvbart tetningselement 118 har ved 117 en utsparing som danner en ringformet tetningsflate 120 som er anordnet i tettende kontakt med hvert av rørdelens 90 ytterflater 102, 104. Utsparingene 117 i tetningselementene 118 er større enn diameteren til kanalens 96 tverrparti 100, slik at deler av ytterflåtene 102, 104 er frilagt.

Tetningselementene 118 presses til anlegg mot rørdelens ytterflater 102, 104 ved hjelp av hver sin bølgefjær 130. Ved hjelp av disse fjærer kan tetningselementene 118 skyves åpne ved tilstrekkelig trykk i kanalen 96, slik det skal forklares nedenfor. En skrue-trykkfjær 132 presser lukkesleiden 110 til en stilling hvor den lukker portene 106, 108.

Ved drift er koplingen 10 i en frakoplet tilstand vist i fig. 1, hvor tappdelen 12 er adskilt fra muffedelen 14. Muffedel-slusen 4 0 er spent til sin port-lukkende stilling vist i fig. 1, hvor forbindelsen mellom åpningen 24 og kanalen 36 er lukket ved hjelp av en metallisk tetning som dannes av tetningselementene 60 og 62. Følgelig forhindres lekkasje av hydraulikkfluid fra kanlen 36. De sidekrefter som virker på sleiden 40 vil være utlignet på grunn av hullet 80 som setter tetningsdelene 60, 70 i forbindelse med hverandre. Tetningsdelene 60, 70 vil således bli rettet mot sleiden 40 med like stor kraft. Dessuten er de partier av flatene til ytterflåtene 42, 44 som omgir respektive ender av hullet 80 og som er frilagt av tetningsdelene 60, 70 av samme areal, slik at fluidtrykket virker med samme kraft på motsatte sider av slusen.

Kanalen 96 i tappdelen 12 er blokkert av tetningselementene 118 som danner metalliske tetninger rundt portene 106, 108. Sjøvann kan således ikke trenge inn i kanlen 96. Alter-nativt kan tetningselementene 118 omfatte myke tetningselementer.

Platene 16, 18 vil typisk være horisontalt orientert, med platen 18 plassert over platen 16. For å forbinde koplingen

10 (og alle andre koplinger som er festet til platene 16, 18), senkes platen 18 mot platen 16. Når platen 18 nærmer seg platen 16, vil rørdelen 90 trenge inn i åpningen 24 i muffedelen 12 og skyve sleiden 40 i retning bort fra endeflaten 22 mot kraften fra fjæren 48 (se fig. 2). Sleiden 40 beveger seg i et parti 24' av åpningen som ligger i den sirkulære boring 32. Riktig innretting mellom rødelen 90 og sleiden 40 kan oppret-tes ved hjelp av styrepinner 133 som stikker ut fra rørdelens 90 endeflate 93. Disse pinner kan innføres i samvirkende utsparinger 135 i slusen 40 (se fig. 3). Når rørdelen 90 kommer inn i åpningen 24, vil lukkesleiden 110 støte mot endeflaten 22, og fjæren 132 blir sammentrykket. Slusen 40 lar seg for-holdsvis lett bevege, fordi sidekreftene som virker mot sleiden er minimale og utlignet som ovenfor forklart. Dette er viktig fordi det trolig vil være mange koplinger 10 på platene 16, 18, og i fravær av sidekraft-utligning ved hver sluse, vil den total-e kraft som er nødvendig for å sammenkople alle koplingene 10 kunne være betydelig. Som det er, trenger bare friksjonen til tetningene 60, 70 og 118 sammen med kreftene fra alle koplingenes fjærer 48 og 132 å overvinnes.

Når sleiden 40 er skjøvet ut av inngrep med tetningsdelene 60, 70, blir dens plass opptatt av rørdelen 90 inntil en forut-innstilt spalte mellom monteringsplatene 16 og 18 er oppnådd. I denne stilling vil sidepartiet 100 til rørdel-kanalen 96 være tilstrekkelig innrettet på linje med porten 39 til å sette kanalen 36 i forbindelse med kanalen 96 (se fig. 2). Hydraulikkfluid kan da strømme til styreanordningen. Sideporten 100 står i forbindelse med begge tetningsdelene 60, 70 og sørger derved for sideveis utligning av de minimale krefter som skyldes tetningstrykk-belastning mot rørdelen 90. Den nødvendige kraft for deretter å frakople koplingen 10, vil således være minimert.

Det skal forståes at ettersom tetningsdelene 60, 70 og tetningselementene 118 ligger an mot plane flater på slusen 40 og rørdelen 90, er det lettere å sikre at det dannes en kor-rekt tetning.

Når koplingen 10 deretter frakoples (fig. 1) , vil bølge-fjærene 130 sørge for at tetningselementene 118 beveges bort fra rørdelen 90 under kraften fra gjenværende fluidtrykk i kanalen 96 for avlasting av dette trykk. I denne forbindelse kan det være nødvendig at slik avlasting skjer slik at en ventil eller annen anordning ved brønnhodet skal kunne innta en hvileposisjon. Dersom denne funksjon ikke er nødvendig for noen av eller alle koplingene 10, kan bølgefjærene 130 f.eks. erstattes av ikke-ettergivende, delte låseringer, eller tetningselementene 118 kan erstattes av tetningsdeler 60, 70 lik tetningselementene for muf fedelen.

Det er også mulig å plassere tetningselementene i slusen 40 og/eller rørdelen 90 istedenfor i huset 17 og lukkesleiden 110. Et slikt arrangement er vist i fig. 5 i en kopling 10A som er anordnet i en koplet tilstand. Hver av tetningene 150 utgjør en konvensjonell C-ring av metall vist i fig. 6, som er lik de tidligere beskrevne tetningsfjærer 62, 62'. Slike C-metallringer 150 kan også brukes i utføringsf ormen ifølge fig. 1-4, dvs tetningsdelene 60, 70 og de forskyvbare tetningselementer 118 kan erstattes av C-ringer 150. I fig. 5 og 6 er elementer som tilsvarer elementene i fig. 1-4 gitt de samme henvisningstall med suffiks A.

Det skal forstås at koplingen ifølge foreliggende oppfinnelse letter tilkopling og fråkopling, fordi trykkreftene som virker på slusen og rørdelen er utlignet i tverretningen på grunn av nærværet av hullene henholdsvis 80 og 100. Dessuten danner tetningsdelene 60, 70 og tetningselementene 118 tettende kontakt med plane flater 42, 44 på slusen 40 og med plane flater 102, 104 på rørdelen 90. Ved at de ligger an mot plane flater istedenfor f.eks. sylindriske flater, kan tetningsdelene og tetningselementene bedre utføre en pålitelig tetnings-virkning.

Selv om foreliggende oppfinnelse er blitt beskrevet i forbindelse med foretrukne utføringsformer av denne, vil fag-menn på området forstå at tillegg, utelatelser, modifikasjo-ner, og erstatninger som ikke er spesielt beskrevet kan utfø-res uten å avvike fra oppfinnelsestanken og -rammen som angitt i de medfølgende krav.

Claims (13)

1. Undervanns-fluidkopling, omfattende: en muffedel (14) som innbefatter et hus (17) som danner en første endeflate (22), en åpning (24) som strekker seg i lengderetningen inn i huset gjennom den første endeflaten, en første fluidledende kanal (36) som er utformet i huset og som skjærer åpningen for sammen med denne i danne en første port (39), og en sluse (40) som er anordnet forskyvbar i lengderetningen i åpningen og som er forspent i lengderetningen mot den første endeflaten til en port-blokkerende stilling; og en tappdel som innbefatter en rørdel (90) som danner en andre endeflate (93) som kan bringes i en stilling hvor den vender mot åpningen i huset, idet rørdelen innbefatter en andre fluidledende kanal (96) som innbefatter et første parti (98) som strekker seg mot den andre endeflaten, og et tverrparti (100) som danner en andre port, idet rørdelen er dimensjonert for inn-føring i åpningen (24) gjennom den første endeflaten når tapp- og muffedelene bringes sammen, for derved å skyve slusen ut av dens port-blokkerende stilling og bringe portene overfor hverandre, og en sleide (110) som er montert på rørdelen for langsgående forskyvning på denne og som er forspent til en port-blokkerende stilling; karakterisert ved at åpningen (24) har en ikke-sirkulær tverrsnittsform og innbefatter første og andre vegger (26, 28) som er anordnet på motsatte sider av en lengdeakse langs åpningen; at slusen innbefatter sideveis atskilte, første og andre ytterflater (42, 44) som vender mot henholdsvis den første og andre vegg (26, 28), idet slusen innbefatter et i tverretningen gjennomgående hull (80) som setter det første parti (39) i forbindelse med den andre ytterflaten (44) når slusen er i den port-blokkerende stilling; at rørdelen (90) har en ikke-sirkulær tverrsnittsform som motsvarer åpningens (24) form og har tredje og fjerde ytterflater (102, 104) anordnet på motsatte sider av en lengdeakse gjennom rørdelen, at den andre kanalens tverrparti (100) skjærer henholdsvis den tredje og fjerde ytterflate, for sammen med disse å rørdelen danne andre og tredje korresponderende porter (106, 108); at sleiden (110) innbefatter sideveis atskilte tredje og fjerde, generelt plane vegger som er rettet inn med henholdsvis den andre og tredje port når sleiden er i sin port-blokkerende stilling; og videre karakterisert ved en tetningsinnret-ning som omfatter første og andre ringformete metalltetninger som er anordnet i sideveis innrettet forhold på muffedelen, idet den første tetning (60) er anordnet mellom åpningens første vegg (26) og slusens første ytterflate (42), og den andre tetning (70) er anordnet mellom åpningens andre vegg (28) og slusens andre ytterflate (44), idet den første tetning (60) er anordnet i omsluttende forhold til den første port (39) og til en ende av hullet (80) når slusen er i sin port-blokkerende stilling, idet den andre tetning (70) er anordnet i omsluttende forhold til en annen ende av hullet (80) når slusen er i sin port-blokkerende stilling, tredje og fjerde ringformete metalltetninger (120) som er anordnet i sideveis innrettet forhold på tappdelen, idet den tredje tetning er anordnet mellom sleidens tredje vegg og rør-delens tredje ytterflate (102), idet den fjerde tetning er anordnet mellom sleidens fjerde vegg og rørdelens fjerde ytterflate (104), idet den tredje og fjerde tetning (120) er anordnet i omsluttende forhold til henholdsvis den andre og tredje port når sleiden er i sin port-blokkerende stilling, hvorved, i bruk, hullet (80) leder fluidtrykk til slusens (40) motsatte sideflater for sideveis trykkutligning av slusen når hullet korresponderer med den første port (39), idet den andre kanalens tverrparti (100) leder fluidtrykk til slusens (40) ytterflater for sideveis trykkutligning av slusen når slusen forskyves fra sin port-blokkerende stilling.

2. Undervanns-fluidkopling ifølge krav 1, karakterisert ved at den første og andre tetning (60, 70) er anordnet i huset (17), og at den andre og tredje tetning (118) er anordnet i sleiden (110).

3. Undervanns-fluidkopling ifølge krav 1 eller krav 2, karakterisert ved at hver av den første, andre, tredje og fjerde tetning (60, 70, 118) omfatter et hult sylindrisk element som ved fjærbelastning trykkes inn i sin respektive tet-ningskontakt.

4. Undervanns-fluidkopling ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den andre tetning (70) er anordnet i en koppformet tetningsholder (72) som er fastskrudd til huset.

5. Undervannsfluidkopling ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den tredje og/eller den fjerde tetning (118) er be-vegelig ut av tetningsforhold med nevnte sideparti under påvirkningen av fluidtrykk i den andre kanal for å tillate avlasting av dette trykk.

6. Undervannsfluidkopling ifølge krav 1, karakterisert ved at hver av den første, andre, tredje og fjerde tetning (60, 70, 118) omfatter en metallring med C-formet tverrsnitt.

7. Undervanns-fluidkopling ifølge krav 1, karakterisert ved at den første og andre tetning (60, 70) er anordnet i slusen (40), og at den tredje og fjerde tetning (118) er anordnet i rørdelen (90).

8. Undervanns-fluidkopling ifølge krav 7, karakterisert ved at hver av den første, andre, tredje og fjerde tetning (60, 70, 118) omfatter en metallring med C-formet tverrsnitt.

9. Undervanns-fluidkopling ifølge krav 1, karakterisert ved at de første og andre vegger (26, 28) og de første, andre, tredje og fjerde ytterflater (42, 44,102, 104) er plane.

10. Undervanns-fluidkopling ifølge krav 9, karakterisert ved at slusen (40) og rørdelen (90) har rektangulært tverrsnitt.

11. Undervanns-fluidkopling ifølge krav 1, karakterisert ved at huset (17) omfatter en ringformet boring (32) som står i forbindelse med åpningen (24), en skrue-trykkfjær (48) som er anordnet i boringen for å presse slusen (40) til dens port-blokkerende stilling.

12. Undervanns-fluidkopling ifølge krav 11, karakterisert ved at et parti av åpningen (24) er utformet i en vegg som avgrenser boringen (32).

13. Undervanns-fluidkopling ifølge krav 11, karakterisert ved at den videre omfatter en skrue-trykkfjær (132) for å trykke sleiden (110) mot dens port-blokkerende stilling.