NO321075B1

NO321075B1 - Hydraulisk kopling

Info

Publication number: NO321075B1
Application number: NO19953665A
Authority: NO
Inventors: Robert E Smith Iii
Original assignee: Nat Coupling Co Inc
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1995-09-15
Publication date: 2006-03-13
Also published as: DE19533917A1; AU694250B2; US6173742B1; NO953665D0; NO953665L; GB2293221A; DE19533917C2; BR9504028A; GB2293221B; GB9518082D0; AU3042195A

Description

HYDRAULISK KOPLING

Denne oppfinnelse angår generelt hydrauliske koplinger, og særlig hydrauliske koplinger som brukes til anvendelser ved undervannsboring og produksjon. Nærmere bestemt innbefatter denne oppfinnelse en hydraulisk kopling utformet for å tvinge elementene sammen og aksialt sammentrykke en ringformet tetning i muffeelementet ved sammenkopling av elementene.

US 5 015.016 viser en hydraulisk kopling til bruk undervann som innehol-der en hul metalltetning. Metalltetningen mellom tappedelen og muffedelen i koplingen blir ikke sammentrykt ved omdreining av tappeelementet i forhold til muffeelementet.

US 3.625.251 viser en kopling hvor en tappedel har to utspring som passer inn i skruelignende spor i en muffedel. Koplingen er ment for oversjøisk bruk.

US 2.730.380 viser en kopling hvor en tappedel og en muffedel er utstyrt med samvirkende gjenger som går i inngrep når koplingsdelen skrues sammen, slik at en ftuidpassasje åpnes. Koplingen er ment for oversjøisk bruk.

Et mål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en hydraulisk kopling omfattende et muffeetement og et tappeelement hvor tappeelementet er dreibart i forhold til muffeelementet for aksial sammentrykning av en hul, ringformet metalltetning i en hydraulisk undervannskopiing og videre ved hjelp av aksiell sammentrykning å kunne forspenne den hule metalltetningen for å hindre lekkasje av hydraulikkfluid fra det ene eller andre koplingselement, eller lekkasje av sjøvann inn i koplingen på grunn av høytrykk i det omgivende sjøvann. Det er videre ønskelig å forspenne denne type hul metalltetning for trykket i hydraulikkfluid og/eller sjøvann aktiverer tetningen, stik at tetningen er fult virksom før koplingen kommer i drift.

Målet med foreliggende oppfinnelse oppnås ved en hydraulisk kopling omfattende et muffeelement med en første og andre ende, en boring med en normalt lukket ventil for styring av hydraulikkfluidstrømmen mellom den første og andre ende, en skulder i boringen, et tappelement som er dimensjonert til å kunne forskyves inn i boringen i muffeelementet, idet tappelementet har en boring med en normalt stengt ventil for styring av hydraulikkfluidgjennomstrømningen, ert hul, ringformet metalltetning som fastholdes mot skulderen i muffeelementets boring, og en holder som kan bringes i inngrep med muffeelementet for å holde tetningen i muffeelementets boring når tapp- og muffeelementet skilles fra hverandre, kjennetegnet ved at et spor som strekker seg i det minste delvis rundt muffeelementets sentrale boring i en generelt skruelinjeformet retning, slisser på boringens innside fra sporet til muffeelementets første ende, finner som rager radialt utad fra tappelementet og er dimensjonert til å innføres i hver av slissene, idet tetningen er aksialt sammentrykkbar mellom tappelementet og skulderen når tappelementets finner er helt innført i hver av slissene inntil de når sporet og tappelementet dreies maksimalt 90 grader i forhold til muffeelementet.

Foretrukne utførelsesformer av den hydrauliske koplingen er videre utdypet i krav 2 og 3.

Videre oppnås målene med den foreliggende oppfinnelse ved en hydraulisk kopling omfattende et tappeelement med en forside, et sylindrisk legeme, en innvendig boring som strekker seg gjennom legemet, en forskyvbar ventil for styring av fluidstrømning gjennom boringen, et muffeelement som har et legeme, to ender, en gjennomgående, sylindrisk boring og en skulder i boringen, en forskyvbar ventil for styring av fluidstrømning gjennom boringen, idet minst en del av boringen er dimensjoner for skyvbart opptak av tappelementet og har en hul, ringformet metalltetning som holdes mot skulderen og kan bringes i inngrep med tappelementets forside, idet tetningen har et hulrom som utsettes for fluidtrykk i koplingen, og en tetningsholder som kan bringes til inngrep med muffeelementet og er utformet for å holde tetningen på plass når tapp- og muffeelementene skilles fra hverandre, kjennetegnet ved utspring som strekker seg radialt utad fra tappelementets sylindriske legeme, en kanal i muffeelementet som strekker seg i det minste delvis rundt boringen langs en skruelinjeformet bane, hvilken kanal er dimensjonert til å oppta hvert av utspringene, idet tappetementlegemet kan dreies maksimalt 90 grader i forhold til muffeelementets legeme hvorved tetningen sammentrykkes aksialt mellom tappelementets forside og skulderen for å sammentrykke hulrommet i tetningen, og slisser i boringens innside som kommuniserer mellom kanalen og en ende av muffeelementlegemet, idet hver av slissene er dimensjonert til å tillate innføring av utspringene fra enden av muffeelementlegemet til kanalen.

En foretrukket utførelsesform av koplingen er videre utdypet i krav 5.

Foreliggende oppfinnelse skal videre forklares i forbindelse med de vedlagte figurer, hvor: Figur 1 er et snitt av et tappelement til en kopling ifølge en foretrukket utfø-ringsform av foreliggende oppfinnelse. Figur 2 er et snitt av et muffeelement til en kopling i en foretrukket utførings-form av oppfinnelsen. Figur 3 er et snitt av et tappelement delvis innført i muffeelementet til en kopling, før det dreies for å sammentrykke tetningen. Figur 4 er et snitt av et tappelement fullt ut innført i muffeelementet med tetningen sammentrykket i henhold til en foretrukket utføringsform av foreliggende oppfinnelse. Figur 5 er et tverrsnitt av koplingen vist i Figur 3 før kam-flatene dreies. Figur 6 er et tverrsnitt av koplingen vist i Figur 4 etter at kam-flatene er dreiet.

Figur 7 viser i perspektiv koplingens tapp- og muffeelementer.

Koplingen ifølge foreliggende oppfinnelse innbefatter et tappelement 10 og et muffeelement 20. Som vist t Figur 1, omfatter tappelementet 10 et håndtak eller en flens 42, en skrånende skulder 43 og en sylindrisk sondevegg 44. I en foretrukket utføringsform innbefatter sondeveggen dessuten en første skulder 46, en sondevegg 47 med redusert diameter, en andre skrånende skulder 48 og en forside 45.

Tappelementet innbefatter en gjennomløpende, innvendig boring 32. Ved en ende av boringen er det en gjenget passasje 50 beregnet for tilkopling til en hydraulisk ledning. I tilstøtning til og innenbords i forhold til det gjengede parti strekker det seg en sylindrisk passasje 51 i lengderetningen i tappelement-hoveddelen og som ender ved et ventilsete 62 som er en skrånende skulder. I tilstøtning til ventilsetet er det en sylindrisk passasje 66 med en redusert diameter.

Som vist i Figur 1, er en ventilenhet 61 forskyvbart opptatt i tappelementets sentrale boring 32. De ulike deler av tappelementets ventilenhet er et ventilhode 60 med gjennomløpende åpninger 63, og en ventil-endeflate 64 som har konisk form og som er dimensjonert for anlegg i ventilsetet 62 ved enden av tappeelement-boringen. Fra ventil-endeflaten 64 strekker det seg en ventilaktuator 65 som har sylindrisk form og som strekker seg langs tappelementets lengdeakse.

Ventilaktuatoren 65 er beliggende ved spissen av den koniske ventil-endeflate. En spiral-ventilfjær 71 brukes til å tvinge ventil-endeflaten 64 til en lukket stilling

mot ventilsetet 62. Spiral-ventilfjæren er beliggende i den sylindriske passasje 51 og er forankret ved en hul fjærkrave 72 som holdes på ptass v.h.a. en kraveklemme ved den indre flate av den sylindriske passasje 51. Den motsatte ende av spiral-ventilfjæren 71 er i berøring med ventilenheten, idet den tvinger denne til en lukket stilling mot ventilsetet.

Radielt utad fra sondeveggen 44 strekker det seg utspring eller finner 49 og 52. I en foretrukket utføringsform brukes to utspring eller finner. Som det vil fremgå for en fagmann på området, kan det imidlertid brukes ytterligere utspring eller finner for å kamme tappelementet aksialt inn i muffeelementets boring eller opptakskammer, hvilket vil bli beskrevet nærmere nedenfor. Utspringet 49 er fortrinnsvis 180 grader fjernet fra utspringet 52, selv om utspringene kan innrettes eller atskilles etter ønske. Som vist i Figur 1, kan en stang 40 være innført i håndtaket 42 på hver side av håndtaket med gjenger 41 eller andre festemidler. Slike midler kan brukes tit manuelt å dreie tappelementet når det er innført i muffeelementet. Det kan brukes andre dreiemidler, så som mekaniske midler eller kam-mer.

t Figur 2 er vist en foretrukket utføringsform av muffeelementet ifølge foreliggende oppfinnelse. Muffeelementet 20 er festet til en manifoldplate 21 slik at det vender mot tappelementet og rettes inn på linje med det. Muffeelementet kan være festet til manifoldplaten ved bruk av ulike midler, så som settskruer eller gjenger. Teknikker for feste av elementet til en manifoldplate er godt kjent for en fagmann på området. Muffeelementet 20 omfatter et håndtak 80, en sentral boring 87 og en ventilenhet 82. Håndtaket 80 er valgfritt skrudd til manifoldplaten med gjenger 90. Muffeelementet innbefatter dessuten en skulder 91 som er tilstø-tende håndtakets gjengede parti og den sylindriske hoveddel 110, som ender ved muffeelement-endeflaten 93.

Den sentrale boring 87 er utformet med flere variasjoner i diameteren, langs sitt forløp gjennom muffeelementets 20 hoveddel. Ved en første eller ytre

ende av den sentrale boring er det en gjenget innvendig passasje 95 for forbindelse med en gjenget hydraulisk ledning. Det gjengede parti 95 av den sentrale boring ender ved en sylindrisk passasje 96 som forskyvbart opptar ventilenheten 82.

Den sylindriske passasje 96 ender innvendig ved et ventilsete 97 for anlegg av ventil-endeflaten 86. Innenbords i forhold til ventilsetet 97 er det en innsnevret boring 98.

Muffeelementets ventilenhet 82 er stort sett lik tappelementets ventilenhet, og omfatter en hul ventil-hoveddel eller -hode 85, med gjennomløpende åpninger 112. I tilstøtning til den sylindriske hoveddel er ventil-endeflaten 86 som har stort sett konisk form for anlegg på ventilsetet 97. En ventilaktuator 115 strekker seg fra spissen av den koniske ventil-endeflate og strekker seg gjennom passasjen 98. For å tvinge muffeelement-ventilenheten til lukket stilling, er det montert en spiral-ventilfjær 119 mellom ventilhodets 85 skulder og en fjærkrave 120 med en kraveklemme 121 i passasjen 96. Muffeelementets ventilenhet 82 og tappelementets ventilenhet 61 er stort sett identiske vedrørende komponenter og virke-måte. Når hver ventil er i en åpen stilling hvor ventilaktuatorenes 65 og 115 gjen-sidig motstående endeflater er i kontakt med hverandre, øver spiral-ventilfjærene utilstrekkelig kraft til å holde tilbakeslagsventilene i lukket stilling. Deretter åpner passasjene for fluidkommunikasjon mellom tapp- og muffeelementene for å tillate fluidstrømning mellom elementene.

Muffeelementet, som vist i Figur 2, omfatter dessuten et opptakskammer 107 utformet for opptak av tappelementet. I en foretrukket utføringsform innbefatter opptakskammeret 107 flere variasjoner av dets diameter. I tilstøtning til muffeelementets endeflate 93, har opptakskammerets første ende 100 sin største diameter. På hver side av opptakskammerets første ende 100 er det anbrakt aksiale slisser 84 og 88 utformet for opptak av tappelementets radielle utspring 49 og 52. Slissene 84 og 88 strekker seg mellom kanalen 83 i muffeelementet og endeflaten 93. Utspringene 49 og 52, samt sporet 83, kan være lik eller liknende en gjenge av trapestypen med avbrutt tapp. Opptakskammeret 107 innbefatter ytterligere en skulder 102 og en andre diameter 103 som fortrinnsvis er mer innsnevret enn den første diameter 100. I en foretrukket utføringsform innbefatter den andre seksjon 103 et omkrets-spor 109 for opptak av en tetning, som fortrinnsvis er en O-ring 108 av elastomer. Denne tetning virker som en reservetetning for metalltetningen 106, som vil bli beskrevet nedenfor.

Opptakskammeret innbefatter dessuten skuldre 99 og 106 for en ringformet tetning 105. Den ringformede tetning 105 er fortrinnsvis en metalltetning med et V-formet tverrsnitt som kan sammentrykkes aksialt. Som vist i Figur 2, ligger ett av den V-formede tetning sine ben an mot skulderen 99 og det motstående ben er utformet til å tette mot tappelementets forside 45. I en foretrukket utføringsform fastholdes tetningen i muffeeiement-boringen ved bruk av en holder 104 som valgfritt kan være skrudd til den andre diameter 103 av muffeelement-opptakskammeret. Det kan imidlertid brukes andre midler for fastholding av tetningen i muffebo-ringen, så som en låsering fanget i et innvendig spor i opptakskammeret.

Selv om en metalltetning med et V-formet tverrsnitt er vist i en foretrukket utføringsform, vil en fagmann på området forstå at det kan brukes andre typer aksialt sammentrykkbare tetninger. F.eks. kan det brukes en C-ring-tetning for å tette aksialt ved sammentrykking mot tappelementets endeflate 45, eller mot en annen flate så som en skulder på tappelement-hoveddelen. Alternativt kan det brukes tetninger av elastomer for å tette mot tappelementets forside. Tetningen bør være sammentrykkbar aksialt for å forbedre dens tettende virkning. Derfor foretrekkes tetninger med et innvendig hulrom som kan trykkaktiveres og som kan sammentrykkes aksialt.

I Figur 3 er vist tappelementet delvis innført i muffeelementet i henhold til en foretrukket utføringsform av foreliggende oppfinnelse. I Figur 3 er det radielle utspring eller finnen 49 fullt ut blitt innført ned i den aksiale slisse 84 og det radielle utspring eller finnen 52 er blitt innført ned i slissen 88. Ved dette punkt kan tappelementet dreies 90 grader mens utspringene 49 og 52 er i sporet 83. I Figur 3 har enden av tappelementet, forsiden 45, berørt tetningen 105.

I Figur 4 er tappelementet dreiet 90 grader mens utspringene 49 og 52 er i sporet 83. Ved dette punkt har tappelementets forside 45 sammentrykket tetningen 105 aksialt for forbelastning av tetningen. Tetningen er sammentrykket mellom tappelementets forside 45 og skulderen 99 i muffe-opptaksboringen.

I Figur 5 er vist et tverrsnitt av tapp- og muffeelementene i samme stilling som i Figur 3. Forut for omdreining av tappelementet, er utspringet 49 i slissen 84, og utspringet 52 er i slissen 88. Ved dette punkt kan tappelementet dreies med begge utspring i sporet 83. I Figur 6 er elementene blitt dreiet 90 grader i forhold til hverandre. Dette låser tappelementet til muffeelementet, og sammentrykker aksialt tetningen 105 som ovenfor beskrevet.

I Figur 7 er tapp- og muffeelementene vist i perspektiv. Tappelementet 10 kan innføres i muffeelement-opptakskammeret 107 slik at finnene eller de radielle utspring 49 og 52 er innrettet på linje med slissene henholdsvis 84 og 88. Når utspringene når sporet 83, kan deretter tappelementet dreies for å feste det til muffeelementet og sammentrykke tetningen 105 aksialt.

Selv om ikke hver variant av utføringsformer av foreliggende oppfinnelse virkeliggjør alle fortrinn ved oppfinnelsen, kan enkelte særtrekk bli viktigere enn andre ved forskjellige anvendelser av anordningen. Følgelig skal det forstås at oppfinnelsen bare er begrenset av rammen til de vedlagte krav.

Claims

1. Hydraulisk kopling omfattende et muffeelement (20) med en første og andre ende, en boring (87) med en normalt lukket ventil (82) for styring av hydraulikk-fluidstrømmen mellom den første og andre ende, en skulder (106) i boringen, et tappelement (10) som er dimensjonert til å kunne forskyves inn i boringen i muffeelementet, idet tappelementet har en boring (32) med en normalt stengt ventil (61) for styring av hydraulikkfluid-gjennomstrømningen, en hul, ringformet metalltetning (105) som fastholdes mot skulderen (106) i muffeelementets boring, og en holder

(104) som kan bringes i inngrep med muffeelementet for å holde tetningen i muffeelementets boring når tapp- og muffeelementet skilles fra hverandre, karakterisert ved et spor (83) som strekker seg i det minste delvis rundt muffeelementets sentrale boring i en generelt skruelinjeformet retning, slisser (84, 88) på boringens innside fra sporet (83) til muffeelementets første ende, finner (49, 52) som rager radialt utad fra tappelementet og er dimensjonert til å inn-føres i hver av slissene, idet tetningen er aksialt sammentrykkbar mellom tappelementet og skulderen (106) når tappelementets finner (49, 52) er helt innført i hver av slissene (84, 88) inntil de når sporet og tappelementet dreies maksimalt 90 grader i forhold til muffeelementet.

2. Hydraulisk kopling ifølge krav 1, karakterisert ved en rundtløpen-de skulder (102) i muffeelementet (20) for begrensning av tappelementets (10) aksialbevegelse inn i muffeelementets boring (87).

3. Hydraulisk kopling ifølge krav 1, karakterisert ved at tappelementet (10) kommer til anlegg mot tetningen (105) når tappelementet (10) innfø-res i muffeelementets (20) boring (87), og at sporet (83) i muffeelementet (20) er utformet til å begrense tappelementets (10) omdreining til 90 grader ved hvilket tidspunkt tetningen (105) blir tilstrekkelig aksialt sammentrykt til å danne en fluid-tett tetning mellom tapp- og muffeelementerte (10,20).

4. Hydraulisk kopling omfattende et tappelement (10) med en forside (45), et sylindrisk legeme (44), en innvendig boring (32) som strekker seg gjennom legemet (44), en forskyvbar ventil (61) for styring av fluidstrømning gjennom boringen (32), et muffeelement (20) som har et legeme, to ender, en gjennomgående, sylindrisk boring (87) og en skulder (106) i boringen, en forskyvbar ventil (82) for styring av fluidstrømning gjennom boringen, idet minst en del av boringen er dimensjoner for skyvbart opptak av tappelementet (10) og har en hul, ringformet metalltetning (105) som holdes mot skulderen (106) og kan bringes i inngrep med tappelementets (10) forside (45), idet tetningen (105) har et hulrom som utsettes for fluidtrykk i koplingen, og en tetningsholder (104) som kan bringes til inngrep med muffeelementet (20) og er utformet for å holde tetningen (105) på plass når tapp- og muffeelementene (10, 20) skilles fra hverandre, karakterisert ved utspring (49, 52) som strekker seg radialt utad fra tappelementets sylindriske legeme (44), en kanal (83) i muffeelementet (20) som strekker seg i det minste delvis rundt boringen langs en skruelinjeformet bane, hvilken kanal er dimensjonert til å oppta hvert av utspringene (49, 52), idet tappelementlegemet kan dreies maksimalt 90 grader i forhold til muffeelementets (20) legeme hvorved tetningen (105) sammentrykkes aksialt mellom tappelementets (10) forside (45) og skulderen (106) for å sammentrykke hulrommet i tetningen, og slisser (84, 88) i boringens innside som kommuniserer mellom kanalen (83) og en ende av muffeelementlegemet, idet hver av slissene er dimensjonert til å tillate innføring av utspringene (49, 52) fra enden av muffeelementlegemet til kanalen.

5. Hydraulisk kopling ifølge krav 4, karakterisert ved at hver ende av utspringene (49, 52) strekker seg i det minste delvis rundt tappelementlegemet langs en skruelinjeformet bane.