NO313395B1 - Elektrisk isolerende kobling, samt fremgangsmåte for å fremstille koblingen - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en elektrisk isolerende kobling samt en fremgangsmåte for å fremstille en elektrisk isolerende kobling.

Koblingen ifølge den foreliggende oppfinnelse er spesielt rettet mot sammenkobling av et stigerør til henholdsvis en installasjon ved overflaten og et oppkoblingssted ved havbunnen. Særlig er koblingen tenkt brukt for sammenkobling av et stigerør i titan og rørdeler i stål.

Ved små havdyp (i størrelsesorden 300 m) stilles det store krav til stigerørets styrke, spesielt bøyestyrke, da stigerør som benyttes ved små havdyp utsettes for svært små bøyeradier sammenlignet med stigerør som benyttes ved større havdyp. For å sikre seg at stigerøret ikke bryter sammen under de store bøyebelastningene, benyttes det derfor i større utstrekning stigerør i titan, som ved de samme godstykkelser tåler de store bøyebelastningene bedre enn stål.

Titan oppviser imidlertid en vesentlig ulempe når dette kobles sammen med stål. Det benyttes som regel katodisk beskyttelse av offshore konstruksjoner. Dette medfører at det dannes en elektrisk strøm gjennom titanet, sjøvannet og stålet. Den elektriske strømmen fører til oppbygging hydrogen i titanet, der dette står i elektrisk kontakt med stål. Dette medfører oppsprekking av titanet. Titankoblingen må derfor skiftes hyppig ut. Problemet har vært forsøkt løst ved å isolere hele stigerøret utvendig. Imidlertid viser det seg vanskelig å opprettholde dette isolasjonslaget intakt. Kun en liten skade på isolasjonslaget fører til at det oppstår en elektrisk strøm som nevnt ovenfor.

Det er også vurdert å elektrisk isolere stigerøret ved å legge inn en elektrisk isolert kobling mellom stigerøret av titan og de tilkoblede stålrør. Imidlertid har dette resultert i omfangsrike og tunge koblinger som ikke oppviser den nødvendige styrke.

Av kjente løsninger innen for andre områder enn stigerør kan nevnes:

SE 433 250, der det vikles fiberarmert plast direkte på rørdelene av metall. Dersom man benytter ikke-ledende fiber og en ikke-ledende plast vil dette kunne fungere. Imidlertid vil man ikke få tilstrekkelig elektrisk isolasjon for det formålet som er angitt ovenfor, dersom man benytter elektrisk ledende fibre, for eksempel karbonfiber. Ved de effekter som man her søker å forebygge vil hydrogenoppbygging oppstå selv ved svært små elektriske strømmer. Dersom man bruker karbonfiber, vil det, selv ved bruk av pre-pregs, oppstå elektrisk kontakt. Fiberen vil presse seg inn mot metallet, og i hvert fall noen steder vil det bli elektrisk kontakt. Pre-pregs er dessuten omstendelig å bruke.

Likevel er det ønskelig å bruke karbonfiber ved slike koblinger. Karbon er svært sterk og man trenger en mindre mengde fiber enn ved annet materialvalg. Dette fører igjen til en mindre diameter og en lettere kobling.

EP 81652, som viser en elektrisk isolert flenskobling i en rørledning. En slik kobling vil imidlertid ikke kunne tåle de høye trykk som eksisterer i et stigerør og vil heller ikke tåle de store bøyebelastninger som oppstår.

EP 217313, som bl.a. viser en elektrisk isolert kobling, der to rørender, som er dekket av et elektrisk isolerende materiale, er skjøvet inn i hver sin ende av en hylse. Denne koblingen er først og fremst beregnet på bruk i drivstoffledninger om bord i fly, og vil derfor stort sett befinne seg i ro og i ubelastet tilstand. Trykkene som oppstår i en slik drivstoffledning er heller ikke særlig store. Koblingen egner seg derfor ikke for bruk på stigerør.

US 4648926, som viser en elektrisk isolerende kobling for bruk i en rørledning for flytende gass. To rørender er her også skjøvet inn i hver sin ende av en hylse. Rørendene danner en viss avstand i forhold til hverandre og har en mot endeflaten divergerende diameter. Hylsen har et innvendig tverrsnitt korresponderende med rørendenes diameter. Hylsen er laget av aluminiumoksyd og festes til rørendene ved hjelp av et bindemiddel. En slik kobling vil heller ikke kunne tåle de høye trykk og bøyebelastninger som oppstår i stigerør.

Det foreslås derfor i samsvar med den foreliggende oppfinnelse en elektrisk isolerende kobling, for sammenkobling av to rørdeler, som skal isoleres elektrisk fra hverandre, omfattende en første koblingsdel av et elektrisk ledende materiale og en andre koblingsdel av et elektrisk ledende materiale, der koblingsdelene er nær inntil hverandre med et mellomliggende avstandsstykke og er utstyrt med fordypninger og vulster på sin utvendige flate og ett eller flere lag av en fiberarmert plast er anordnet utenpå fordypningene og vulstene, kjennetegnet ved at et elektrisk isolerende lag er anordnet mellom fordypningene og vulstene og den fiberarmerte plasten.

I én utførelsesform av oppfinnelsen er det elektrisk isolerende laget en myk membran hentet av for eksempel fluorpolymer, nylon, herdeplast, termoplast eller en gummibasert sammensetning.

I en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen er det elektrisk isolerende laget en fiberarmert plast, omfattende forhåndsimpregnerte fibre eller ikke-ledende fibre.

Det er fordelaktig dersom koblingsdelene omfatter et respektivt holdeorgan, for eksempel ringspor eller ribbe, for fastholding av avstandsstykket.

I en foretrukket utførelsesform er avstandstykket en ring omfattende avstandsdefinerende flenser.

Fortrinnsvis er avstandsstykket laget av et materiale hentet fra følgende materialgruppe: fluorpolymerer, nyloner, herdeplaster, termoplaster og gummibaserte sammensetninger. Materialet må være av en slik art at det er i stand til å ta opp aksielle forskyvninger mellom koblingsdelene.

Det fiberarmerte plastlaget omfatter fordelaktig glassfibre, karbonfibre eller aramidfibre i en matrise av herdeplast eller termoplast.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse kjennetegnes en fremgangsmåte for å fremstille en elektrisk isolerende kobling, der en første koblingsdel av et elektrisk ledende materiale og en andre koblingsdel av et elektrisk ledende materiale, som begge er utstyrt med fordypninger og vulster på sin utvendige overflate, settes ende mot ende med et avstandsstykke mellom og omvikles med flere lag av fiberforsterket plast, kjennetegnet ved at et elektrisk isolerende lag legges utenpå fordypningene og vulstene før fordypningnene og vulstene omvikles med fiberforsterket plast.

Avstandsstykket kan i en alternativ utførelsesform støpes etter at koblingsdelene er satt sammen, ved injeksjon av en flytende/plastisk, herdbar masse mellom koblingsdelene. I dette tilfellet fastholdes koblingsdelene i en forhåndsbestemt posisjon, for eksempel ved at de trés inn på en dor, slik at det dannes et lite gap mellom koblingsdelenes ender. Et formverktøy plasseres rundt koblingsdelene, og en herdbar masse injiseres inn i mellomrommet som dannes mellom koblingsdelene og formverktøyet. Den herdbare massen trenger også inn i gapet mellom koblingsdelene. Doren hindrer massen i å strømme inn på innsiden av koblingsdelene.

Fordelaktig er i minst noen av lagene med fiberforsterket plast fibrene lagt parallelt med koblingsdelenes akser og med sine ender avsluttet i fordypninger, slik at fibrene i det innerste av disse lagene har sine ender avsluttet i fordypningene som befinner seg nærmest koblingsdelenes ender som vender mot hverandre, det neste av lagene har sine ender avsluttet i fordypningene lenger borte fra de mot hverandre vendende endene, osv.

Fortrinnsvis bindes den fiberforsterkede plasten til det elektrisk isolerende laget.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvisning til et utførelseseksempel vist i de medfølgende tegninger, der: figur 1 viser et lengdesnitt gjennom en kobling i samsvar med oppfinnelsen og figur 2 viser et detaljutsnitt av snittet ifølge figur 1.

Figur 1 viser en kobling ifølge den foreliggende oppfinnelse i snitt. Koblingen omfatter en koblingsdel 1 av titan og en koblingsdel 2 av stål. Hver av koblingsdelene 1 og 2 har en ytre ende 3 og en indre ende 4. På utsiden av hver av koblingsdelen 1 og koblingsdelen 2 er det utformet en rekke ujevnheter, bestående av ringformede fordypninger 5 og vulster 6. Disse er utformet slik at vulstene 6 nærmest den indre enden 4 er lavere enn vulstene 6 nærmere den ytre enden 3.

Slik utsnittet i figur 2 viser, er det ved hver av koblingsdelenes indre ender 4 utformet en ringformet utsparing 7.1 utsparingen er det plassert en elektrisk isolerende ring 8.

Ringen 8 er ved hver ende utstyrt med et ringspor 9, i hvilke det er plassert en respektiv pakning 10, for eksempel en o-ring. Videre er ringen 8 utstyrt med en indre flens 11 og en ytre flens 12. Flensene 11 og 12 definerer avstanden mellom koblingsdelene 1 og 2, og fungerer således som et avstandsstykke.

Utenpå fordypningene 5 og vulstene 6 er det lagt en membran 13 av et forholdsvis mykt, elektrisk isolerende materiale. Utenpå dette er det lagt flere lag 14 av fiberforsterket plast.

Koblingen fremstilles ved at titankoblingsdelen 1 og stålkoblingsdelen 2 skyves mot hverandre ende mot ende inntil de kun adskilles av ringen 8. Koblingsdelenes indre ender 4 befinner seg da i en avstand av fortrinnsvis kun 2 mm. Deretter legges membranen 13, for eksempel av gummi over vulstene 6 og fordypningene 5. Deretter legges fortrinnsvis først et eller flere lag av glassfiberforsterket plast etterfulgt av flere lag karbonfiberforsterket plast, eventuelt med ett eller flere mellomliggende lag av glassfiberforsterket plast. Minst noen av fiberlagene legges langs koblingsdelenes 1, 2 akser med sine ender avsluttet i ulike av fordypningene 5, slik at det innerste laget av aksielle fibre har ender som er avsluttet i fordypningene 5 nærmest koblingsdelenes 1,2 indre ender 4, det neste laget av aksielle fibre har ender avsluttet i fordypningene 5 lenger fra de indre endene 4, osv.

En såkalt trap-lock skjøt der en koblingsdel utstyrt med vulster og fordypninger forbindes med et rør er i og for seg kjent fra tidligere og benyttes ved fremstilling av stigerør i kompositt med endestykker av titan. I denne sammenhengen er det imidlertid ikke elektrisk isolering som er hensikten. En slik kjent skjøt vil da heller ikke nødvendigvis bli elektrisk isolerende, da karbonfiberne som benyttes er elektrisk ledende og gjerne vil komme i direkte kontakt med titanendestykkene.

Ringen 8 og pakningene 10 er fortrinnsvis laget av en fiuorpolymer (Teflon®), nylon (for eksempel nylon-11), herdeplast, termoplast, en gummibasert blanding (for eksempel HNBR) eller annet egnet elektrisk isolerende materiale, som også kan motstå de trykk og temperaturer som hersker i et stigerør.

Membranen 13 kan også være laget av en fiuorpolymer, nylon, herdeplast, termoplast eller en gummibasert blanding. En betingelse her er at membranen også oppviser bindeevne mot den utenpåliggende fiberarmerte plasten. I stedet for membranen 13 kan det også direkte legges ett eller flere lag plast armert med en ikke-ledende fiber. Eventuelt kan det også benyttes en såkalt prepreg, det vil si en fiber (som også kan være elektrisk ledende) som er forhåndsimpregnert med plastmatrise, slik at fiberen er fullstendig innkapslet (og derved også elektrisk isolert.

Fiberne i den fiberarmerte plasten kan være glassfibre, karbonfibre, aramidfibre eller andre fibre med høy bruddstyrke. Matrisen kan bestå av herdeplast eller termoplast.

Det er også tenkelig å utforme ringen 8 og membranen 13 i ett stykke, for eksempel av støpt plast.

Selv om det i det foregående er beskrevet en elektrisk isolerende kobling mellom et titanstigerør og stålrør, kan den foreliggende oppfinnelse også benyttes i andre sammenhenger der det er ønskelig å elektrisk isolere to rørdeler fra hverandre samtidig som stor styrke bibeholdes. Koblingen ifølge oppfinnelsen er både sterk, lett og lite omfangsrik. Den største ytre diameteren til koblingen er kun marginalt større enn rørdelene som kobles sammen. Koblingen egner seg derfor svært godt for bruk i sammenhenger der lav vekt og volum er av stor betydning.

Den fiberforsterkede plasten i kombinasjon med vulstene og fordypningene sørger for å opprettholde koblingens styrke i skjøten mellom koblingsdelene.

Claims (12)

1. Elektrisk isolerende kobling, for sammenkobling av to rørdeler, som skal isoleres elektrisk fra hverandre, omfattende en første koblingsdel (1) av et elektrisk ledende materiale og en andre koblingsdel (2) av et elektrisk ledende materiale, der koblingsdelene (1, 2) er nær inntil hverandre med et mellomliggende avstandsstykke (8) og er utstyrt med fordypninger (5) og vulster (6) på sin utvendige flate og ett eller flere lag (14) av en fiberarmert plast er anordnet utenpå fordypningene (5) og vulstene (6), karakterisert ved at et elektrisk isolerende lag (13) er anordnet mellom fordypningene (5) og vulstene (6) og den fiberarmerte plasten (14).

2. Kobling ifølge krav 1, karakterisert ved at det elektrisk isolerende laget (13) utgjøres av en myk membran bestående av for eksempel fiuorpolymer, nylon, herdeplast, termoplast eller en gummibasert sammensetning.

3. Kobling ifølge krav 1, karakterisert ved at det elektrisk isolerende laget (13) er en fiberarmert plast, omfattende forhåndsimpregnerte fibre eller ikke-ledende fibre.

4. Kobling ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at koblingsdelene (1,2) omfatter et respektivt holdeorgan, foreksempel ringspor eller ribbe, for fastholding av avstandsstykket (8).

5. Kobling ifølge ett av de foregående krav, karakterisert v e d at avstandstykket (8) er en ring omfattende avstandsdefinerende flenser (11, 12).

6. Kobling ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at avstandstykket (8) og eventuelt det elektrisk isolerende laget (13) støpes etter at koblingsdelene (1, 2) er satt sammen, ved injeksjon av en herdbar masse mellom og eventuelt rundt koblingsdelene (1,2).

7. Kobling ifølge ett av de foregående krav, karakterisert v e d at avstandsstykket (8) er laget av et materiale hentet fra følgende materialgruppe: fluorpolymerer, nyloner, herdeplaster, termoplaster og gummibaserte sammensetninger.

8. Kobling ifølge ett av de foregående krav, karakterisert v e d at det fiberarmerte plastlaget omfatter glassfibre, karbonfibre eller aramidfibre i en matrise av herdeplast eller termoplast.

9. Fremgangsmåte for å fremstille en elektrisk isolerende kobling ifølge krav 1, der en første koblingsdel (1) av et elektrisk ledende materiale og en andre koblingsdel (2) av et elektrisk ledende materiale, som begge er utstyrt med fordypninger (5) og vulster (6) på sin utvendige overflate, settes ende (4) mot ende (4) med et avstandsstykke (8) mellom og omvikles med flere lag (14) av fiberforsterket plast, karakterisert ved at et elektrisk isolerende lag (13) legges utenpå fordypningene (5) og vulstene (6) før fordypningnene (5) og vulstene (6) omvikles med fiberforsterket plast.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at koblingsdelene (1, 2) fastholdes i en forhåndsbestemt posisjon, for eksempel ved hjelp av en dor, slik at det dannes et lite gap mellom koblingsdelenes (1,2) mot hverandre vendende ender (4), at et formverktøy plasseres rundt koblingsdelene (1,2), og at en herdbar masse injiseres inn i mellomrommet som dannes mellom koblingsdelene (1,2) og formverktøyet, for å danne avstandsstykket (8) og eventuelt det elektrisk isolerende laget (13).

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at i minst noen av lagene (14) med fiberforsterket plast er fibrene lagt parallelt med koblingsdelenes (1,2) akser og med sine ender avsluttet i fordypninger (5), slik at fibrene i det innerste av disse lagene har sine ender avsluttet i fordypningene (5) som befinner seg nærmest koblingsdelenes (1,2) mot hverandre vendende ender (4), det neste av lagene har sine ender avsluttet i fordypningene (5) lenger borte fra de mot hverandre vendende endene (4), osv.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 9,10 eller 11, karakterisert ved at den fiberforsterkede plasten bindes til det elektrisk isolerende laget (13).