NO333863B1 - Kombinert muffeskjot- og konnektorarrangement - Google Patents

Abstract

Et kombinert muffeskjøt- og klemkonnektorarrangement for stiv kobling av to aksialt påfølgende rørelementer (1, 2) er vist. Rørelementene har respektive muffe-endeflater som skal sammenføres, der hver muffe videre omfatter en flenset ende (1', 2') som har en utvendig tilspisset aktiviseringsflate (4) tilpasset for komplementært inngrep med en innvendig tilspisset aktiviseringsflate på klemkonnektoren (3). Aktiviseringsflatene er i stand til å omforme en tversgående kraft, når iakttatt i lengderetningen av de skjøtte muffer, til en aksialt virkende kraft når klemkonnektoren (3) blir aktivisert til å gjøre opp skjøten. Muffenes endeflater som skal sammenføres divergerer i det minste over noe areal av sammenføringsflatene og åpner opp i en radialt utad rettet retning.

Description

Kombinert muffeskjøt- og konnektorarrangement

OPPFINNELSENS TEKNISKE OMRÅDE

Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt rørsystemer, og nærmere bestemt mekaniske skjøter for sammenkobling av rørformede elementer som er utsatt for høye trykk.

Mer presist vedrører den foreliggende oppfinnelse et kombinert muffeskjøt og klemkonnektor arrangement for kobling av to aksialt påfølgende rørelementer som har respektive muffe-endeflater som skal sammenføres, der hver muffe videre omfatter en flens som har en utvendig tilspisset aktiviseringsflate tilpasset for komplementært inngrep med en innvendig tilspisset aktiviseringsflate på klemkonnektoren, hvilke aktiviseringsflater er i stand til å omsette en på tvers virkende kraft, når sett i lengderetningen av de skjøtede muffer, til en aksialt virkende kraft når klemkonnektoren blir aktivisert til å gjøre opp skjøten.

Således vedrører den foreliggende oppfinnelse et koblingsarrangement for rørelementer under operasjoner på land eller til vans, slik at statisk tetning under alle lasttilstander er sikret. Dette sikrer også maksimal anvendelse av lastkapasiteten til koblingssystemet.

Nærmere bestemt vedrører den foreliggende oppfinnelse et koblingsarrangement for rørformede elementer i samsvar med ingressen til krav 1. En konnektoranordning av denne type er kjent fra US 4.640.530. Andre eksempler på kjent teknikk er US 3.158.380 og US 2010/295298 A1.

TEKNISK BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Ved operasjoner på land og til havs, slik som for leting etter eller produksjon av hydrokarboner, vedlikehold av reservoar, er bruken av rørkonstruksjoner svært vanlig. For eksempel benyttes stigerør til å lede borerør og verktøy til brønnboringen og til tapping av boreslam forflyttet fra brønnboringen til overflaten.

Nå må slike rørstrukturer være av betydelig lengde og som sådan blir de satt sammen av suksessive rør, der rørenes tilstøtende ender blir koplet og frakoplet for heve- og senkeformål.

Gjennom årene har det blitt en utfordring i operasjoner på land eller til havs å kople og frakople slike rør effektivt for slik å sikre ingen separering i tilstøtende ender. Dette er vesentlig for jevn og uhindret operasjon.

De begrensende designkriterier for de fleste angjeldende konnektorer, er lasten ved hvilken separasjon av de tilstøtende rørender skjer. Separeringslastens terskelverdi/kapasitet er vanligvis betydelig lavere enn den bindende last påført av konnektoren. Når separasjon skjer på den indre perimeter av rørendene, er tetningstilstandene dynamiske snarere enn statiske, som det ideelt skulle være. Dette skjer i konvensjonelle rørkonnektorer på grunn av påføring av flate/parallelle flater på rørendenes flater. Dermed forhindres fullstendig anvendelse av lastkapasiteten til konnektoren ved en gitt last, fordi separering blir initiert ved den indre perimeter av de tilstøtende ender, mens forspenning fortsatt er til stede ved den ytre perimeter. Dermed forblir en vesentlig andel av konnektorkapasiteten ubenyttet.

Den ovenfor nevnte ulempe i rørkoplingssystemer benyttet ved operasjoner på land og til vanns, gjenstår som et langsiktig problem som ikke er fullt ut løst og som er hva den foreliggende oppfinnelse foreslår løsning på.

Forskning på dette område har ikke gitt særlig gode resultater og konnektor/rørskjøtsystemer kjent på dette området, har ikke hatt riktig fokus på å løse problemet som angitt ovenfor.

Det eldre US patent 3135538 viser flenser som rørender som radialt divergerer bort fra den indre perimeter av rørskjøten for å oppnå en mekanisk skjøt, som er lekkasjesikker mot høyere fluidtrykk. Dette patent er imidlertid ikke fullstendig fokusert på fullstendig fokusert på vesentlig utnyttelse av lastkapasiteten til konnektoren.

US 5230540 viser en flensring for å gjøre opp flensskjøter mellom flymotorhus eller andre turbomotorer. Flensringen har en flensskjøtflate og en bakflate på flensen. Flensskjøtflaten har et radialt forløpende flatt parti ved sin radielt indre omkrets og en konisk avkortet flate ved en vinkel på det radiale plan til det flate parti. Flensens bakflate er parallell til den konisk avkortede del (figur 2A). Denne konfigurasjon gjør det mulig å skape en skjøt som har en stor linjereaksjonskraft langs the flate parti, som derved tilveiebringer effektiv tetning, selv når spenningskreftene i huset er tilstede.

Patentet ovenfor er heller ikke fokusert på vesentlig utnyttelse av lastkapasiteten til konnektoren eller på å øke lastkapasiteten til konnektoren og er ikke ment for operasjoner på land eller til havs.

Følgelig foreligger det et langvarig behov å utvikle et koplingssystem for sikring av rørformede elementer ved å sammenkople deres tilstøtende ender slik at statiske tetningstilstander og vesentlig anvendelse av kapasiteten til koplingssystemet er sikret.

Den foreliggende oppfinnelse imøtekommer det foran nevnte langvarige behov og andre behov knyttet til dette.

FORMÅL MED OPPFINNELSEN

Det er hovedformålet med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et koplingssystem for å feste rørformede elementer slik at den lastbærende kapasitet til koplingssystemet blir vesentlig øket.

Det er nok et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et koplingssystem for å feste rørformede elementer ved å kople deres tilstøtende ender slik at statiske tetningsbetingelser og vesentlig utnyttelse av den lastbærende kapasitet I koplingssystemet ved enhver gitt lasttilstand er sikret. Det er nok et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et koplingssystem for å feste eller sikre rørelementer som er enkelt av konstruksjon og kostnadseffektivt.

Et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et koplingssystem for å sikre rørelementer slik at ingen separering skjer ved deres skjøtte ender.

Hvordan de foregående formål oppnås og noen andre fordelaktige trekk, som fortsatt ikke er vist i den kjente teknikk vil bli klart av den følgende ikke-begrensende beskrivelse.

Gjennom hele beskrivelsen innbefattende kravene, skal ordene "rør", "rørformede elementer", "pakning", "konnektor", "klemme", "flenser", "hydrokarbon (omfattende olje og gass)", "på land", "til havs" tolkes i den bredeste forstand av de respektive termer og innbefatter alle liknende gjenstander innenfor fagfeltet kjent ved andre termer, som skulle være klart for fagmannen. Begrensninger, om noen, referert til i beskrivelsen er kun som et eksempel og for forståelse av den foreliggende oppfinnelse.

I sammenhengen ovenfor er det også klargjort at den foreliggende oppfinnelse er anvendbar med hensyn til alle typer rør/rørformede elementer/sylindriske fabrikasjoner som kjent for fagmannen og henvisninger til "rør", "rørelementer" i denne spesifikasjon er ikke-begrensende og bare eksempelvise. Videre, i det foranstående og i det etterfølgende, har den foreliggende oppfinnelse blitt beskrevet med henvisning til operasjoner på land eller til havs, bare som en avgrensning og ikke som noen begrensning. Koplingssystemet i samsvar med den foreliggende oppfinnelse er anvendbart med hensyn til alle typer applikasjoner for skjøting av rørender.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Således er et kombinert muffeskjøt- og klemkonnektorarrangement av den innledningsvis nevnte type tilveiebrakt, som er kjennetegnet ved at muffenes endeflater som skal sammenføres divergerer i det minste over noe areal av sammenføringsflatene og divergerer, eller åpner opp, i en radialt utad rettet retning.

I en utførelse er en av muffenes endeflater som skal sammenføres plan mens den andre divergerer den plane flate.

I en andre utførelse har minst en av muffenes endeflater en indre plan seksjon, en kurvet overgangsseksjon og en ytre skrå seksjon.

I en utførelse har den kurvede overgangsseksjon en elliptisk eller sirkulær kurvatur når sett i tverrsnitt (fig. 2).

Den ytre skrå seksjon kan være flat eller plan.

I en foretrukket utførelse har i det minste en av muffens endeflater et spor for opptak av en tetningsring eller pakning. Sporet kan befinne seg i den kurvede overgangsseksjon.

Med fordel befinner en tetningsring seg innvendig i muffeskjøten, fortrinnsvis en metall-mot-metall tetning.

Rørelementene kan være marine stigerør.

I en annen utførelse er muffens endeflate for hver av muffene respektivt anordnet med en fremspringende omkretsmessig kant og en komplementær konus for å bli styrt inn i hverandre under deres sammenføring.

KORT BESKRIVELSE AV DE VEDLAGTE TEGNINGER

Etter nå å ha beskrevet hovedtrekkene ved oppfinnelsen ovenfor, vil en mer detaljert og ikke-begrensende beskrivelse av to foretrukne utførelser av oppfinnelsen følge med henvisning til tegningene, hvor:

Fig. 1 viser et snittriss av en første foretrukket utførelse av koplingsarrangementet ifølge den foreliggende oppfinnelse, Fig. 2 er et forstørret og mer detaljert riss av en del av koplingsarrangementet ifølge utførelsen vist I fig. 1, Fig. 3a viser et detaljriss av en andre foretrukket utførelse av koplingsarrangementet i samsvar med den foreliggende oppfinnelse, og Fig. 3b er et forstørret og mer detaljert riss av partiet markert "C" i fig. 3a.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Det etterfølgende gir en detaljert ikke-begrensende beskrivelse av to foretrukne utførelser av koplingsarrangementet i samsvar med den foreliggende oppfinnelse som er et rent eksempel.

Som vist i figur 1 skal to rør 1, 2 bli koplet med rørkoplingsarrangementet i samsvar med den foreliggende oppfinnelse ved de flensede ender V, 2', også kalt "muffer". En ringformet pakningstype 5 er plassert på tetningsflatene 6 i rørene 1, 2. Det er kjent for fagmannen at pakningen 5 tetter skjøten designet for å forbinde de flensede rørender V, 2'. Dette er antatt å forhindre enhver type lekkasje. Med andre ord, hovedformålet med pakningen 5 er å sikre en lekkasjetett forbindelse mellom de flensede ender 1', 2' til rørene 1, 2.

En klemme 3, som kan være en klemkonnektor, en kragekonnektor eller splittring-konnektor, virker på de respektive ytre tilspissede eller koniske flater 4 på de flensede rørender 1', 2', som i sin tur bevirker at de to rørender støter fast mot hverandre. Dette fører til tetning av rørendene ved hjelp av pakningen 5. Dermed er det intet gap igjen på de respektive indre tetningsflater 6, som sikrer en perfekt kopling mellom de to flensede ender V, 2' på rørene 1, 2.

Beskrivelsen ovenfor av fig. 1 forklarer grunnprinsippet ved kopling av flensede rørender for å sikre mot lekkasje gjennom gap i rørendene. Den foreliggende oppfinnelse blir forklart i detalj i det etterfølgende, med henvisning til de vedlagte figurer, hvor like henvisningstall representerer de samme konstruksjonstrekk.

Figur 2 illustrerer tydelig at minst en av de flensede rørender 1', 2' har en indre plan eller flat seksjon 2a nær den indre perimeter av rørenden, en mellomliggende kurvet, slik som elliptisk eller sirkulær, seksjon 2b, etterfulgt av en ytre plan eller flat seksjon 2c. Den ytre flate seksjon 2c er plassert ved en vinkel til den første flate seksjon 2a som tydelig vist og indikert ved 2d.

Konstruksjonen beskrevet i avsnittet ovenfor utgjør det alt vesentlige ved den foreliggende oppfinnelse. Når klemmen 3 blir strammet til, ved så som et boltarrangement (ikke vist), gjør det radialt divergerende profil på rørendeflatene det mulig å konsentrere forspenningskraften fra klemmen 3 nær den indre perimeter av de flensede rørender 1'. 2', i nærheten av tetningsflatene 6. Dette sikrer statiske tetningsforhold ved høyere laster enn tidligere arrangementer, som nettopp er hovedformålet med den foreliggende oppfinnelse. Det mellomliggende parti 2b hindrer i kraft av sin avrundede konfigurasjon, enhver spenningskonsentrasjon når klemmen 3 blir pådratt.

Det skal forstås av fagmannen at den ovenfor beskrevne konfigurasjon kan anordnes på hvilken som helst av de flensede rørender 1', 2\ eller på begge, som skal sammenføres i motstøtende forhold. I begge tilfeller ville de ønskede resultater oppnås. Rørendene som skal skjøtes sammen kan ha forlengede flenser (ikke vist) for å effektivisere denne konfigurasjon. For å være presis, i det tilfellet kan flaten på minst en eller begge flensene ha slik konfigurasjon. Naturligvis, i et slikt arrangement, behøver ikke rørendene være utsvingt eller utbuende for å ha konfigurasjonen.

Forskyvningen 2d som vist i figur 2 blir bestemt ved hjelp av FEA (Finite Element Analysis) til å være fullstendig eller delvis eliminert/lukket med forspenningskraften fra klemkonnektoren 3. I noen tilfeller har de to flensede rørender 1', 2', vist i figur 1, forskjellige geometrier avhengig av den tetningsholdende grenseflate i rørendene 1', 2'.

Når klemkonnektoren 3 lukker blir klemmens segmenter strukket mens muffene presses sammen. Når en ytre last påføres blir segmentene ytterligere strukket. Da vil de klemme mindre på muffene slik at deres kompresjon eller sammentrykning blir redusert. Til slutt nås et punkt der segmentene er strukket så mye at det ikke er noen kontakt mellom muffenes endeflater noe mere. Når man har helt plane motstøtende kontaktflater går kontakten mellom muffene over hele kontaktflatene tapt forholdsvis tidlig. Fordelen med de kurvede eller "koniske" kontaktflater er at segmentene kan bli strukket forbi det punkt hvor muffene begynner å miste kontakt ytterst på den koniske flate på samme tid som kontakten mellom muffene på den indre plane kontaktflate opprettholdes.

Det skal forstås av fagmannen at den foreliggende oppfinnelse har blitt beskrevet med henvisning til bare to rør. Imidlertid kan det av og til være et antall rør koplet etter hverandre, ved å benytte teknologien som beskrevet ovenfor, og slikt arrangement faller innenfor rammen til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 3a illustrerer en annen foretrukket utførelse av den foreliggende oppfinnelse. Fig. 3a viser i tverrsnitt den tilspissede hunndel eller koniske flate av klemmen 3 som tilspennes over den tilspissede hanndel eller koniske flate på muffene, for å avtette de flensede rørender for slik å unngå separering mellom tilstøtende ender. Fig. 3b illustrerer et forstørret riss av partiet markert C i fig. 3a. Dette viser liknende konstruksjonstrekk som i fig. 2 og virker på en lik måte. Som vist er en fremspringende kant 8 anordnet på en muffe 2', og en komplementær konus 9 er anordnet på den andre muffe 1'. Gapet eller avviket 7, som ikke er til stede i utførelsen vist i figur 1 og 2, muliggjør korrekt styring og innretting mellom de respektive muffer under en koplingsoperasjon. Gapet indikert med piler ved 2d kan være lik 1mm uten at dette skal være noen begrensning.

Et ringformet spor 2b er anordnet I den nedre flate, hvilket spor 2b er tilpasset til å motta en tetningsring av egnet materiale, enten det er av metallisk materiale eller en elastomer tetningsring.

Av den foranstående beskrivelse og også fra de vedlagte krav, ville det være klart for fagmannen at alle formålene med den foreliggende oppfinnelse er oppnådd. Teknologien i samsvar med den foreliggende oppfinnelse kan bli anvendt både i dype og grunne farvann og bli brukt uten hensyn til tilstandene under vann. Videre, som gjort klart tidligere, er den foreliggende oppfinnelse anvendbar med hensyn til alle typer anvendelse som innebærer skjoting av rørender.

Den foreliggende oppfinnelse har blitt beskrevet med henvisning til foretrukne utførelser og tegninger med tanke på forståelsen av denne og det skal være klart for fagmannen at den foreliggende oppfinnelse innbefatter alle legitime modifikasjoner innenfor det som har blitt beskrevet ovenfor og gjengitt i de vedlagte krav.

Claims (10)

1. Kombinert muffeskjøt- og omkretsvirkende konnektorarrangement for stiv kobling av to aksialt påfølgende rørelementer (1, 2) som har respektive muffe-endeflater som skal sammenføres, der hver muffe videre omfatter en flens (1', 2') som har en utvendig tilspisset aktiviseringsflate (4) tilpasset for komplementært inngrep med en innvendig tilspisset aktiviseringsflate på konnektoren (3), hvilke aktiviseringsflater er i stand til å omforme en på tvers virkende kraft, når iakttatt i lengderetningen av de skjøtte muffer, til en aksialt virkende kraft når konnektoren (3) blir aktivisert til å gjøre opp skjøten,karakterisert vedat muffenes endeflater som skal sammenføres divergerer i det minste over noe areal av sammenføringsflatene og divergerer, eller åpner opp, i en radialt utad rettet retning.

2. Kombinert muffeskjøt- og omkretsvirkende konnektorarrangement som angitt i krav 1,karakterisert vedat en av muffenes endeflater som skal sammenføres er plan og forløper perpendikulært på aksialretningen, mens den andre divergerer fra den plane flate.

3. Kombinert muffeskjøt- og omkretsvirkende konnektorarrangement som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat minst en av muffenes endeflater har en indre plan seksjon (2a), en kurvet overgangsseksjon (2b) og en ytre skrå seksjon (2c).

4. Kombinert muffeskjøt- og omkretsvirkende konnektorarrangement som angitt i krav 3,karakterisert vedat den kurvede overgangsseksjon (2b) har en elliptisk eller sirkulær kurvatur når sett i tverrsnitt (fig. 2).

5. Kombinert muffeskjøt- og omkretsvirkende konnektorarrangement som angitt i krav 3,karakterisert vedat den ytre skrå seksjon (2c) er flat eller plan, og valgvis kan ha en fremspringende kant (8).

6. Kombinert muffeskjøt- og omkretsvirkende konnektorarrangement som angitt i ett av kravene 1-5,karakterisert vedat i det minste en av muffens endeflater har et spor (2B) for opptak av en tetningsring eller pakning.

7. Kombinert muffeskjøt- og omkretsvirkende konnektorarrangement som angitt i krav 6,karakterisert vedat sporet befinner seg i den kurvede overgangsseksjon (2b).

8. Kombinert muffeskjøt- og omkretsvirkende konnektorarrangement som angitt i ett av kravene 1-7,karakterisert vedat en tetningsring (5) befinner seg innvendig i muffeskjøten, fortrinnsvis en metall-mot-metall tetning.

9. Kombinert muffeskjøt- og omkretsvirkende konnektorarrangement som angitt i ett av kravene 1-8,karakterisert vedat rørelementene (1, 2) er marine stigerør.

10. Kombinert muffeskjøt- og omkretsvirkende konnektorarrangement som angitt i ett av kravene 1-9,karakterisert vedat hver av muffenes (1', 2') endeflate respektivt er anordnet med en fremspringende omkretsmessig kant (8) og en komplementær konus (9) for å kunne bli styrt inn i hverandre under deres sammenføring.