NO325735B1 - Hydraulisk undervanns-koblingselement - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt hydrauliske koplinger, og mer spesifikt hydrauliske koplinger som anvendes ved undervanns bore- og produksjonsanvendelser. Mer konkret involverer denne oppfinnelsen et hunn- eller muffeelement av en hydraulisk kopling som innbefatter forsenkede strømnings-veier som bedrer koplingen til hann- eller tapp-koplingselementer.

Hydrauliske undervannskoplinger er gammel teknikk. Koplingene består generelt av et tappelement og et muffeelement med forseglede fluidstrømnings-veier som tilveiebringer forbindelse derimellom. Muffeelementet er generelt et sylindrisk legeme som har en lengderettet boring med en relativt stor diameter i den ene enden og en lengderettet boring med en relativt liten diameter i den andre enden. Den lille boringen forenkler tilkoplingen til hydraulikkledninger mens den store boringen glis i inngrep med og forsegler mot tappelementet av koplingen. Tappelementet inkluderer en sylindrisk andel i den ene enden med en utvendig diameter som er omtrent den samme som diameteren til den store boringen i muffeelementet av koplingen. Tappelementet inkluderer også en konnektor i sin andre ende for tilkopling til hydraulikkledninger. Når den sylindriske andelen av tappelementet innføres i den store boringen i muffeelementet, ifølge forskjellige utførelsesformer av anordningen, etableres det en strømning av fluid mellom tapp- og muffeelementene. Koplinger av denne typen er vist i U.S.-patentet 4 694 859 til Robert E. Smith, III og andre patenter som eies av National Coupling Company Inc., Stafford, Texas.

I bore- og produksjonsanvendelser under vann kan tappelementet av koplingen være festet til en samleplate eller en annen festeanordning under vann inne i eller utenfor en brønnboring. Muffeelementene, som også kan være festet til en samleplate, beveges i stilling over tappelementene og senkes deretter ned på tappelementene av en dykker eller ved hjelp av et undervanns-kjøretøy. Når muffeelementene befinner seg i stilling rundt tappelementene strømmer hydraulikkfluidet typisk fra muffeelementet til tappelementet i hver kopling. I enkelte tilfeller innbefatter kun muffeelementet av koplingen en ventil-propp eller seteventil (eng: poppet valve).

Seteventilen inkluderer typisk en konisk ventilflate som anlegges, i lukket stilling, mot et ventilsete i koplingselementet. Seteventilen frigjøres for å muliggjøre strømning av fluid og anlegges mot ventilsetet inne i boringen for å stanse strømningen. Seteventilen er i alminnelighet fjærbelastet mot lukket stilling. Ventilen kan inkludere en ventilaktuator som kan være en nese eller spindel (eng: stem) som forløper fra toppen eller fronten (eng: apex) av ventilflaten langs seteventilens lengdeakse.

I koplingene i U.S.-patentet 4 694 859, for eksempel, strømmer hydraulikkfluid i lengderetningen mellom tapp- og muffe-koplingselementene. Et antall forskjellige forbedringer og variasjoner har vært introdusert når det gjelder utformingen av strømningsporter og strømningskanaler i koplinger som anvendes under vann. For eksempel trykkbalanseres enkelte undervanns-hydraulikkoplinger, noe som for eksempel kan oppnås ved hydraulikkstrømning gjennom linjeførte radielle strømningskanaler i koplingselementene. De radielle strømningskanalene forløper i alminnelighet vinkelrett på koplingens lengdeakse, slik at det hydrauliske trykket som tenderer til å separere koplingselementene reduseres betydelig. I tapp-koplingselementene forløper de radielle strømningskanalene typisk fra den sentrerte boringen og utover til den sylindriske utvendige overflaten av proben. Eksempler på trykkbalanserte koplinger er vist i U.S.-patentene 4 754 780, 5 099 882 og 4 832 080 til Robert E. Smith III, overdratt til National Coupling Company, Inc.

Tappelementer for hydrauliske undervannskoplinger kan også inkludere skråstilte strømningsporter for å hindre innstrømning av produksjonsavfall eller andre uønsketheter når koplingselementene er koplet fra hverandre. Brønn-boringene der koplingene posisjoneres er ofte fulle av produksjonsavfall og andre uønsketheter. Tappelementet, som forblir under vann når koplingen frigjøres, er utsatt for oppbygging av uønsketheter i strømningskanalene. Uønskethetene kan forringe hydraulikkfluidet eller forårsake slitasje på tet-ningene og tetningsflatene i hydraulikkoplinger og hydraulikksystemer. For å redusere eller eliminere dette problemet har koplinger så som de i U.S.-patentet 5 692 538 til Robert E. Smith III anvendt skråstilte strømningsporter som for-hindrer innstrømning av uønsketheter i hydraulikkledningene.

Fra US 6,085,785 fremgår det en hydraulisk undervannskobling med et med en langstrakt probeseksjon. Tappelementet av koblingen huser en ventilfjær med en større diameter enn ventilhusets diameter. Ventilfjæren er konfigurert for å lukke ventilen for å hindre inntregning av sjøvann eller lekkasje av hydraulikkfluid fra systemet.

Fra US 5,370,153 fremgår det en hydraulisk kobling med et tappelement og et muffeelement for tettende inngrep med hverandre. Elementenes aksielle innretning ivaretas med en aksiell last.

Til nå har hvert av disse tappkoplingselementene bare kunnet koples på en effektiv måte til visse muffekoplingselementer. For eksempel kan trykkbalanserte tappkoplingselementer med radielle strømningskanaler kun koples til muffekoplingselementer med samsvarende radielle strømningskanaler. Tappkoplingselementer med skråstilte strømningsporter kan koples til konven-sjonelle muffekoplingselementer konstruert for strømning av hydraulikkfluid i lengderetningen, men hydraulikkstrømningen mellom de skråstilte strømnings-kanalene, gjennom ringrommet mellom tapp- og muffeelementene, og muffeelementet reduseres noe. Følgelig er det behov for et muffekoplingselement som kan koples til en rekke forskjellige tappkoplingselementer uten betydelig reduksjon av strømningen av hydraulikkfluid eller annen negativ påvirkning av ytelsen.

Foreliggende oppfinnelse er et muffeelement for en hydraulisk undervannskopling som innbefatter forsenkede strømningskanaler for å bedre kommunikasjonen av hydraulikkfluid med tappkoplingselementer innbefattende strømningskanaler som enten forløper i lengderetningen, radielt eller skrått. De forsenkede strømningskanalene i muffekoplingselementet muliggjør kopling til tappelementer med en rekke forskjellige strømningskanalkonfigurasjoner uten betydelig reduksjon av volumet eller strømningsmengden. De forsenkede strømningskanalene maskineres i husseksjonen av muffeelementet.

De vedlagte figurene er en del av den foreliggende beskrivelsen og inkluderes for ytterligere å demonstrere visse aspekter av foreliggende oppfinnelse. Oppfinnelsen kan forstås bedre ved henvisning til én eller flere av disse figurene i kombinasjon med den etterfølgende detaljerte beskrivelsen av konkrete utførelsesformer som presenteres her. Figur 1 er et seksjonssnitt av et muffeelement av en kopling ifølge en foretrukket utførelsesf orm av foreliggende oppfinnelse. Figur 2 er et ekspandert seksjonssnitt av en forsenket strømningskanal i et muffeelement av en kopling ifølge en foretrukket utførelsesf orm av foreliggende oppfinnelse, med et tappkoplingselement innført deri.

Som vist i figur 1 inkluderer muffekoplingselementet 20 en husseksjon 21 med en første ende 62 og en andre ende 63. Den andre enden av muffeelementet kan være gjenget for å festes til en samleplate. Muffeelementet har en sentrert boring 41 fra den første enden til den andre enden derav. I den første enden av muffeelementet er mottakskammeret 43. Muffeelementet inkluderer typisk én eller flere tetninger i mottakskammeret for inngrep med probeseksjonen av tappelementet. Som vist i figur 1 låses en radiell metall-tetning 26 på skulderen 58 i mottakskammeret ved hjelp av en tetningsholder 23 som er et muffetype element som innføres i mottakskammeret. Tetningsholderen kan ha en trinndelt innvendig diameter 68 med en intern skulder 33 mellom trinnene. Tetningsholderen kan festes i muffeelementet ved hjelp av en låsering 35 tilveiebrakt med gjenger 24 for inngrep med korresponderende gjenger på muffeelementet. En ytterligere tetning, fortrinnsvis en elastomer passtetning eller svanehaletetning (eng: dovetail seal) 22 kan tilveiebringes mellom tetningsholderen og låseringen. I tillegg kan en O-ringstetning 25 anvendes for å forsegle kontaktflaten mellom tetningsholderen og den innvendige skulderen 19 i muffeelementet.

Den andre seksjonen 34 av den sentrerte boringen ligger ved og innenfor (eng: inboard from) skulderen 58. Den andre seksjonen 34 av boringen og den innvendige diameteren 68 i tetningsholderen er anpasset for å skape en glidende passform for probeseksjonen av tappkoplingselementet.

Ventilboringen 39 er den seksjonen av den sentrerte boringen som ligger ved den andre enden av muffeelementet. Ventilboringen innbefatter seteventilen 29.1 den lukkede stillingen tetter den koniske ventilflaten 27 mot ventilsetet 28. Ventilfjæren 38 spenner seteventilen mot lukket stilling. Fjærskålen 37 forankrer ventilfjæren, og holdes på plass ved hjelp av en fjærring (eng: snap ring) eller klemme 40. Seteventilen i muffeelementet glir inne i ventilboringen 39 i muffeelementet. Forløpende fra toppen eller fronten av den koniske ventilflaten i muffeelementet er det tilveiebrakt en ventilaktuator 44 som engasjerer den korresponderende ventilaktuatoren på tappelementet for å bringe ventilene i begge elementene til åpen stilling.

De forsenkede strømningskanalene 42 ifølge foreliggende oppfinnelse er tilveiebrakt i den sentrerte boringen mellom den andre seksjonen 34 og ventilboringen 39. De forsenkede strømningskanalene tilveiebringes med en radius som er mellom 1,5875mm (1/16 tomme) og 6,35mm (1/4 tomme) større enn den andre seksjonen av den sentrerte boringen. I utførelsesf ormen i figurene 1 og 2 danner de forsenkede strømningskanalene én enkelt annulær kanal mellom den andre seksjonen av den sentrerte boringen og ventilboringen i muffeelementet.

Nå med henvisning til figur 2 inkluderer tappelementet 10 en første ende eller fremre flate 49 på proben 50. Probeseksjonen terminerer i flensen 16. Kun probeseksjonen av tappelementet bringes inn i mottakskammeret i muffeelementet av koplingen, idet flensen sperrer for ytterligere innføring av tappelementet i mottakskammeret. Strømningskanalene 22 kan forløpe fra den innvendige boringen i tappelementet til den utvendige periferien av tappelementet. Strømningskanalene i tappkoplingselementet kan forløpe radielt eller skrått for å hindre innstrømning av uønsketheter når muffeelementet frakoples og tappelementet forblir under vann. Alternativt kan tappkoplingselementet tilveiebringes med kanaler som forløper i lengderetningen, idet strømningen av hydraulikkfluid i så fall går gjennom den fremre flaten.

Proben kan ha en trinndelt utvendig diameter, fortrinnsvis med en første diameter 11 og en andre diameter 12 som er større enn den første diameteren. Den radielle metalltetningen tetter mot den første diameteren til tappelementet og den elastomere passtetningen tetter mot den andre diameteren. Skulderen 13 mellom den første og den andre diameteren anlegges mot skulderen 33 på tetningsholderen.

Når tappelementet er fullt innført i muffeelementet er det et gap 14 mellom den fremre flaten 49 av tappelementet og den innvendige skulderen 18. Det er også et gap mellom den utvendige periferien av proben og den innvendige diameteren 70 i den seksjonen av den sentrerte boringen som innbefatter den forsenkede strømningskanalen. Disse gapene utgjør de forsenkede strømningskanalene 41 som er tema for foreliggende oppfinnelse. Gapene er fortrinnsvis mellom 1,5875mm og 6,35mm målt i radius. Disse gapene rett foran og rundt den fremre flaten av tappelementet defineres og betegnes i denne søknaden som de forsenkede strømningskanalene 42.

I en foretrukket utførelsesf orm av foreliggende oppfinnelse danner de forsenkede strømningskanalene ett enkelt ringrom mellom den fremre flaten av probeseksjonen og boringen i muffeelementet. Alternativt kan det tilveiebringes flere forsenkede strømningskanaler. Hver av de forsenkede strømnings-kanalene forløper mellom den første innvendige skulderen 17 og den andre innvendige skulderen 18.

Følgelig tilveiebringer foreliggende oppfinnelse et muffeelement for en undervannshydraulikkopling som innbefatter forsenkede strømningskanaler for å forenkle koplingen til tappkoplingselementer med forskjellige strømningsporter og strømningskanaler. En fordel ved foreliggende oppfinnelse er at den mulig-gjør høyere strømningsmengde i koplinger med radielle eller skråstilte strømningskanaler.

Claims (11)

1. Hydraulisk undervannskoplingselement (20) omfattende: (a) et sylindrisk hus med en sentrert boring (41) forløpende derigjennom fra en første ende (62) til en andre ende (63) derav, der den sentrerte boringen (41) innbefatter et mottakskammer ved den første enden (62) og mottakskammeret har en første innvendig diameter; (b) at den sentrerte boringen (41) innbefatter en andre seksjon (34) ved siden av mottakskammeret med en andre innvendig diameter som er mindre enn den første innvendige diameteren og en innvendig skulder (19) mellom den første seksjonen og den andre seksjonen (34); (c) en ringformet tetning (25) tilveiebrakt på den innvendige skulderen (19) og en tetningsholder (23) i inngrep med den første enden (62) av husseksjonen for å låse tetningen (25) på den innvendige skulderen (19); (d) at den sentrerte boringen (41) innbefatter en ventilboring ved den andre enden (63) av huset, der ventilboringen innbefatter en glidbar seteventil (29) tilveiebrakt deri, karakterisert ved at det videre omfatter; (e) at den sentrerte boringen (41) innbefatter minst én forsenket strømningskanal (42) mellom ventilboringen og den andre seksjonen (34) av den sentrerte boringen (41), der den forsenkede strømningskanalen (42) har radielle dimensjoner som er større enn de til den andre seksjonen (34) av boringen for å tilveiebringe fluidkommunikasjon mellom den andre seksjonen (34) av den innvendige boringen og ventilboringen.

2. Hydraulisk undervannskoplingselement (20) ifølge krav 1, karakterisert ved at den forsenkede strømningskanalen (42) er annulær.

3. Hydraulisk undervannskoplingselement (20) ifølge krav 2, karakterisert ved at den forsenkede strømningskanalen (42) har en diameter som er mindre enn mottakskammerets diameter.

4. Hydraulisk undervannskoplingselement (20) ifølge krav 2, karakterisert ved at den forsenkede strømningskanalen (42) har en radius som er minst 1,5875mm (1/16 tomme) større enn den andre seksjonen (34) av boringen.

5. Hydraulisk undervannskoplingselement (20) ifølge krav 1 med et muffeelement for en hydraulisk undervannskopling, karakterisert ved at det omfatter: (a) et legeme med en første ende og en andre ende og en boring i lengderetningen mellom den første og den andre enden (63), minst én radiell ringformet tetning i den lengderettede boringen ved den første enden (62) og en tetningsholder i inngrep med den første enden (62) av huset for å holde den radielle ringformede tetningen (25) i den lengderettede boringen, idet den ringformede tetningen (25) og tetningsholderen hver har en innvendig diameter; (b) at den lengderettede boringen definerer en ventilboring (39) ved den andre enden (63) av huset som er tilveiebrakt med en seteventil (29), idet seteventilen (29) forspennes mot en stilling der den tetter mot et ventilsete; og (c) en forsenket strømningskanal mellom ventilsetet og mottakskammeret, der den forsenkede strømningskanalen (42) har en generelt annulær utforming og en innvendig diameter som er større enn de innvendige diameterne til den ringformede tetningen (25) og tetningsholderen.

6. Hydraulisk undervannskoplingselement (20) ifølge krav 5, karakterisert ved at den forsenkede strømningskanalen (42) forløper mellom et par av interne skulderflater.

7. Hydraulisk undervannskoplingselement (20) ifølge krav 1, karakterisert ved at: (a) huset med en første ende og en andre ende, en sentrert boring (41), et tetningselement i den sentrerte boringen (41) ved den første enden (62) av huset og en ventil i den sentrerte boringen (41) ved den andre enden (63) av huset styrer strømningen av hydraulikkfluid gjennom den sentrerte boringen (41); og (b) den forsenkete strømningskanalen i den sentrerte boringen (41) mellom tetningselementet og ventilen har en innvendig diameter som er større enn den til tetningselementet.

8. Hydraulisk undervannskoplingselement (20) ifølge krav 7, karakterisert ved at tetningselementet omfatter en radiell tetning og en tetningsholder for å låse den radielle tetningen (25) i den sentrerte boringen (41).

9. Hydraulisk undervannskoplingselement (20) ifølge krav 8, karakterisert ved at tetningsholderen har en trinndelt innvendig diameter.

10. Hydraulisk undervannskoplingselement (20) ifølge krav 8, karakterisert ved at den radielle tetningen (25) aktiveres av trykk.

11. Hydraulisk undervannskoplingselement (20) ifølge krav 7, karakterisert ved at tetningselementet omfatter minst to ringformede tetninger.