NO335338B1 - Hydraulisk undersjøisk koplingselement - Google Patents

Abstract

Et undersjøisk hydraulisk koblingselement er vist å ha en uttappingsventil som åpnes for å tillate hydraulisk fluid som er innesluttet i koblingselementet å slippe ut inntil fluidtrykket bringes til å ligge under en forutbestemt trykknivå. Dette koblingselement utnytter for dette formål en tallerkenventil inne i en muffe.

Description

1. Oppfinnelsens område.

Denne oppfinnelse gjelder generelt hydrauliske koblinger, og spesielt hydrauliske koblinger til bruk ved undersjøiske boring- og produksjonsanvendelser. Nærmere bestemt omfatter oppfinnelsen et element i en undersjøisk hydraulisk kobling som er i stand til å tappe ut hydrauliske trykk når det er frakoblet det tids-sparende koblingselement som det hører sammen med.

2. Beskrivelse av beslektet teknikk.

Undersjøiske hydrauliske koblinger er tidligere kjent innenfor fagområdet. Disse koblinger består hovedsakelig av et han-element og et hun-element med avtettede fluidpassasjer sammenkoblet mellom disse. Hun-elementet er vanligvis et sylinderformet legeme med en langsgående utboring med stor diameter, eller et mottakskammer, ved sin ene ende og en langstrakt utboring med forholdsvis liten diameter ved den annen ende. Denne smale utboring letter forbindelse med hydrauliske ledninger, mens den større utboring avtetter og kan glidende komme i inngrep med koblingens han-element. Dette han-element omfatter et sylinderformet parti ved den ene ende og med en ytterdiameter som er omtrent lik diamete-ren av den vide utboring i koblingens hun-element. Han-elementet omfatter også et forbindelsesparti ved sin annen ende for å lette kobling til hydrauliske ledninger. Når sylinderpartiet i han-elementet er innført i den vide utboring i hun-elementet, i samsvar med forskjellige utførelser av koblingsanordningen, kan fluidstrømning opprettes mellom han-elementet og hun-elementet.

Så vel han-elementet som hun-elementet i en hydraulisk kobling omfatter vanligvis en tallerkenventil som mottas glidende inne i utboringen av hvert av elementene. Hver av disse tallerkenventiler omfatter typisk en konisk ventilflate med seteanlegg i lukket stilling mot et ventilsete i utboringene. Denne tallerkenventil åpnes for å tillate fluidutstrømning og lukkes med tallerkenventilflaten mot det til-svarende ventilsete inne i utboringen for å sperre for utstrømningen. Vanlivis er tallerkenventilen fjærforspent til lukket stilling. Ventilen omfatter også en ventilåp-ner som kan være et fremspring eller en utstikker som rager ut fra toppen av ven-tilflaten langs tallerkenventilens lengdeakse. Kontakt mellom ventilåpnerne i hen-holdsvis han-elementet og hun-elementet i tallerkenventilene driver hver av ventil-flatene opp fra ventilsetet og til åpen stilling for fluidstrømning mellom elementene. Disse undersjøiske koblingselementer har imidlertid ikke ventilåpnere, men utnytter i stedet ventiler som åpnes som reaksjon fra fluidtrykk fra det motstående koblingselement.

Han-elementene og hun-elementene er vanligvis festet til motstående manifold-plater. I nødsituasjoner, for eksempel under stormer, branner, sykloner etc. blir manifold-platene skilt fra hverandre og han-elementet og hun-elementet blir da koblet fra hverandre. Når han-elementet og hun-elementet ikke er sammenkoblet, og særlig i nødsituasjoner, vil det da opptre problemer på grunn av innesluttet hydraulisk trykk i ledningene. Sikkerhetsventiler i undersjøiske hydrauliske anlegg er vanligvis utført for å lukkes når det hydrauliske trykket i anlegget faller under et forutbestemt grensetrykk. Hvis hydraulisk trykk blir innelukket undersjøisk, vil sikkerhetsventiler i de hydrauliske anlegg ha en tendens til å forbli åpne på grunn av gjenværende trykk i ledningene. Det er uønsket at sikkerhetsventilene skal forbli åpne på grunn av innelukket trykk, og for å utløse slike trykk har det vært foreslått å tappe ut de hydrauliske ledninger som er fanget undersjøisk. Uttapping av ledningene utføres også for å unngå at det hydrauliske utstyr skades av utblåsninger. Hvis det hydrauliske utstyr er i fare for å bli avskåret eller på annen måte skades på grunn av stormer, er det derfor ønskelig å frikoble koblingselementene og til-stoppe eller avtette et av elementene mens det annet element, som forblir under havoverflaten, får mulighet til å tappe ut hydraulisk trykk. Samtidig er det uønsket at sjøvann trenger inn i utstyret gjennom det koblingselement som forblir under sjøens overflate.

Uttapping av innelukket hydraulisk trykk løser problemet med farlig høyt trykk i hydraulisk utstyr, hvilket ofte kan føre til utblåsninger på det hydrauliske utstyr eller at sikkerhetsventiler ikke lukkes når koblingene åpnes. For å hindre sjøvann fra å trenge inn i det hydrauliske utstyr under uttapping, bør uttappingspassasjen omfatte en tilbakeslagsventil som bare hindrer strømning i én retning.

I henhold til foreliggende oppfinnelse oppfylles alle disse behov og fordringer.

DE 4426854 beskriver en undersjøisk hydraulisk kopling med et hannele-ment og et hunnelement, og hvert av elementene har en tallerkenventil forspent til en lukket posisjon. I det minste ett av medlemmene har en uttakspassasje gjennom tallerkenventilen, og en lufteventil som kan åpnes for å tillate hydraulisk fluid ved høyt trykk å unnslippe gjennom luftepassasjen inntil trykket er under en forutbestemt verdi.

FR 2266079 beskriver en ekspansjonsventil til hydrauliske sylindre som kan regulere et ladetap. Ekspansjonsventilen er plassert i den hydrauliske kretsen til en matepumpe til sylinderen. Ekspansjonsventilen omfatter et legeme som beveger et stempel som har et hull i midten de hullet er lukket med en kule som forspent av en fjær kalibrert til et bestemt trykk.

I US-PS nr. 5.365.972 til Robert E. Smith III og overdratt til National Coup-ling Company, Inc. i Stafford, Texas, er det vist en undersjøisk hydraulisk kobling, hvor minst ett av koblingselementene har en uttappingspassasje gjennom tallerkenventilen samt en uttappingsventil som åpnes for å tillate hydraulisk trykk å unnslippe gjennom uttappingspassasjen inntil trykket er senket til under en forutbestemt verdi. Koblingen i henhold til US-PS nr. 5.365.972 angir en uttappingsventil som er glidende innsatt i en muffe i et av koblingselementene. Når uttappingsventilen åpnes på grunn av høyt ledningstrykk, vil hydraulisk fluid strømme ut gjennom uttappingsventilen, muffen samt ut gjennom en passasje i koblingsele-mentets tallerkenventil. Denne kobling i henhold til US-PS nr. 5.365.972 omfatter et par ventiler i koblingselementet for å lette uttapping av hydraulisk fluid som er innesluttet i ledningene.

Sammenfatning av oppfinnelsen.

Foreliggende oppfinnelse gjelder et hydraulisk koblingselement av ovenfor angitt type og som er i stand til å tappe ut innesluttet hydraulisk fluidtrykk når elementet er koblet fra det tilhørende andre koblingselement. Foreliggende oppfinnelse omfatter en uttappingsmekanisme som utnytter en muffe i koblingselementet og en tallerkenventil i denne muffe og som gjør det mulig for innelukket hydraulisk fluid med høyt trykk å slippe ut inntil det hydrauliske trykk er senket til et forutbestemt trykknivå. I henhold til foreliggende oppfinnelse holdes sjøvanninntreng-ning bort fra ledningene i underjordisk utstyrt, slik at forurensning og korrosjon hindres.

Foreliggende oppfinnelse er særlig fordelaktig, men ikke utelukkende begrenset til dette, for å tileveiebringe et undersjøisk hydraulisk koplingselement som omfatter: a) et legeme, som strekker seg fra en første ende til en andre ende, med en langsgående utboring; b) en muffe i den langsgående utboringen, der muffen har et innvendig ventilsete; c) en ventil i muffen, som er bevegelig mellom en lukket stilling i tettende inngrep med det innvendige ventilsetet for å blokkere fluidstrøm gjennom utboringen, og til en åpen stilling hvor ventilen og det innvendige ventilsetet er skjøvet bort fra hverandre; d) en første fjær som driver muffen til den lukkede stillingen; e) en andre fjær som driver ventilen til lukket stilling hvor ventilen løsner fra ventilsetet når ventilen beveges mot den første enden av legemet som reaksjon på fluidtrykk som virker på den andre siden av ventilen gjennom den langsgående utboringen fra den andre enden av legemet, der en åpner som løsner ventilen fra det innvendige ventilsetet når muffen beveges mot den andre enden av legemet som reaksjon på fluidtrykk som virker på muffen gjennom den langsgående utboring fra den første enden av legemet.

Kort beskrivelse av tegningene.

Fig. 1 viser et delsnitt gjennom en undersjøisk hydraulisk koblings han-element i henhold til en foretrukket utførelse av oppfinnelsen. Fig. 2 viser han-elementet i henhold til utførelsen i fig. 1, sett fra enden og delvis i snitt.

Beskrivelse av en foretrukket utførelse.

Koblingselementet i fig. 1 er et han-element 10, skjønt foreliggende oppfinnelsesgjenstand kan anvendes enten i et han-koblingselement eller i et hun-koblingselement.

Vanligvis er ti eller flere han-elementer og hun-elementer koblet til motsatte koblingsplater på en manifold som er sammenholdt av bolter eller hydrauliske elementer som er festet til platene. Han-elementene er vanligvis festet til den ene plate, mens hun-elementene er forbundet med en motstående plate på en slik måte at de er vendt mot han-elementene og befinner seg på linje med disse. Han-elementene og hun-elementene kan være festet til manifoldplater ved bruk av forskjellige midler, slik som skruer eller gjenger. Teknikker for feste av elementene til slike manifoldplater er velkjent for fagkyndige på området.

I en foretrukket utførelse omfatter han-elementet et håndtak 13, en flens 12, en sylderformet sondevegg 55, en spiss 16 og en sondeflate 15. Den sylin-derformede sondevegg 55 er innrettet for glidende inngrep med hun-elementet i koblingen.

Han-elementlegemet er også utstyrt med en sentral utboring 37. Denne utboring 37 kan ha flere forskjellige diametre etter hvert som den strekker seg gjennom han-elementet 10. I en foretrukket utførelse er den første ende av utboringen forbundet med radiale åpninger 17. Fortrinnsvis er fire radiale åpninger anordnet på spissen av han-elementet. Som det vil bli beskrevet nedenfor, vil hydraulisk fluidtrykk fra dette motsatte koblingselement drive muffen 39 i aksial retning for å åpne ventilen og tillate hydraulisk fluid å strømme mellom koblingselementene.

Muffen 39 er posisjonsinnstilt i utboringen 37 i han-elementet. Den første ende av muffen har en skråstilt flate 41 som ligger an mot en avskrånet skulder 31 i utboringen. Den andre ende av muffen er, i den lukkede stilling som er vist i fig. 1, anordnet i avstand fra en fjærkrave 28 som fastholdes i utboringen ved hjelp av en klemme 29. Fjærkraven 28 omfatter minst to gjennomgående passasjer 24 og en åpner 25 som strekker seg i lengderetningen ut i fra kraven. Når muffen 39 forflyttes i lengderetningen slik at den skråstilte flate 41 kommer i avstand fra den avskrånede skulder 31, vil åpneren 25 åpne tallerkenventilen 54 ved å danne kontakt med tallerkenventilens åpning 56. Muffen drives i lengderetningen mot fjærkraven 28 ved trykket fra det hydrauliske fluid som virker på muffen gjennom utboringen i den første ende av han-elementet. Det hydrauliske fluid som trenger inn gjennom åpningene 17 og strømmer gjennom utboringen 37 vil da drive muffen 39 i aksial retning inntil muffen kommer i kontakt med fjærkraven 28. Når muffen 39 beveger seg aksialt, vil åpneren 25 blokkere tallerkenventilen og drive denne tallerkenventil til åpen stilling for å tillate hydraulisk fluid å bevege seg gjennom passasjen 49 inn i muffen og gjennom passasjene 24 i fjærkraven.

For å holde ventilen lukket i fravær av hydraulisk trykk som trenger inn i den første ende av han-elementet, er det anordnet en fjær 44 i utboringsavsnittet 48 i muffen 39. Fortrinnsvis er fjæren 44 en skruefjær med et fjærtrykk på 25 kp/cm<2>. Fjæren 44 forspenner muffen mot den lukkede stilling hvor den skråstilte flate 41 befinner seg i inngrep med den avskrånede skulder 31. Midt på muffen befinner det seg en O-ring 32 som danner en tetning mellom muffens ytre omkrets og utboringen i koblingslegemet.

Hvis hydraulisk fluidtrykk er innelukket i de fluidledninger som er tilkoblet den andre ende av han-elementet, så vil dette trykk drive tallerkenventillegemet 54 bort fra ventilsetet 34 i muffen, idet den trykker sammen fjæren 50 for å tillate uttapping av det hydrauliske overskuddstrykk fra koblingslegemet. Fjæren 50 er fortrinnsvis en skruefjær 50 med fjærtrykk på 7,5 kp/cm<2>og som er konfigurert til å tillate uttapping av innesluttet hydraulisk fluid inntil fluidtrykket når et forutbestemt nivå. Fjæren 50 holdes på plass av fjærkraven 35, som omfatter en gjennomgående passasje og en klemme for å holde fjærkraven på plass. Fortrinnsvis er fjæren 44 større og sterkere enn fjæren 50.

Når det viste koblingselement 10 i fig. 1 er koblet fra dette motstående koblingselement, tillates således innesluttet hydraulisk fluidtrykk å tappes ut gjennom passasjene 24 i fjærkraven, passasjen 48 i muffen 39, samt forbi tallerkenventilen gjennom passasjen 49, hvorunder tallerkenventilen 54 frigjøres til åpen stilling ved sammentrykning av fjæren 50. Hydraulisk fluidtrykk tillates således å unnslippe gjennom de radiale åpninger 17 inntil trykket av innesluttet fluid bringes til å ligge under et forutbestemt trykknivå.

Fig. 2 viser en endeskisse, delvis i snitt, av en kobling i henhold til utførel-sen i fig. 1. I fig. 2 er fire radiale åpninger vist på ytterenden 16 av han-elementet.

I den utførelse som er vist i fig. 1-2, er det fluidtrykk som behøves for å åp-ne ventilen 54 vanligvis tilstekkelig til å åpne ventilen i en viss liten grad. Fortrinnsvis er fjæren 50 valgt slik at den vil tillate innesluttet hydraulisk fluid å bli tap-pet ned til et forut valgt trykk, samtidig som sjøvann hindres fra å trenge inn i de ledninger som forblir nede i sjøen. Når det hydrauliske koblingselement i henhold til foreliggende oppfinnelse er sammenkoblet med et motstående koblingselement, så vil det hydrauliske trykk i ledningene være tilstrekkelig til å åpne ventilen ved å drive muffen 39 i aksial retning inntil tallerkenventilens åpningsstykke 56 kommer i kontakt med åpneren 25. Etter hvert som muffen 39 fortsetter sin aksia-le bevegelse, blir tallerkenventilen åpnet. Ved frakobling fra det motstående koblingselement, vil hydraulisk fluid ikke lenger drive muffen i aksial retning, slik at ventilen lukkes.

En hovedfordel ved det hydrauliske koblingselement er uttapping av for-høyet fluidtrykk under nødsituasjoner, når han-elementer og hun-elementer er koblet fra hverandre. Platene på manifoldene vil ofte kunne kobles fra hverandre for å hindre skade på det hydrauliske utstyr. I en kraftig storm vil for eksempel en flytende borerigg kunne forskyves vesentlig fra den undersjøiske kobling, slik at løsrivning eller annen skade på det hydrauliske utstyr vil kunne skje inntil han-elementenes manifoldplate blir koblet fra hun-elementenes manifoldplate. Samtidig vil det ofte være vanskelig å lukke sikkerhetsventiler mens innesluttet hydraulisk trykk fortsatt befinner seg i ledningene når han-elementene og hun-elementene er koblet fra hverandre.

Uttappingsventilen muliggjør åpning av Undersjøiske hydrauliske koblinger samtidig som overskuddstrykk tillates å tappes ut, slik at det blir mulig for sikkerhetsventilene å lukkes og derved unngå utblåsninger ut i fra overskuddstrykk i de hydrauliske ledninger. Uttappingsventilen i enten han-elementet eller hun-elementet eller i begge disse utløser overskuddstrykk i det hydrauliske utstyr til enhver tid hvor de undersjøiske koblingselementer er koblet fra hverandre. Skjønt en foretrukket utførelse av foreliggende oppfinnelse er spesielt utført for bruk ved undersjøiske anvendelser, kan foreliggende oppfinnelsesgjenstand også anvendes under andre forhold. Slike forhold omfatter omgivelser hvor hun-elementene og han-elementene i en kobling er adskilt fra hverandre uten tilstrekkelig trykkre-duksjon i de tilsluttede ledninger. Den resulterende trykkoppbygging i ledningene forhindres ved å utnytte uttappingsventilen i enten han-elementet eller hun-elementet eller i begge disse.

Skjønt alle utførelser av foreliggende oppfinnelse ikke vil omfatte samtlige fordeler ved oppfinnelsen, kan visse trekk bli viktigere enn andre i forskjellie utfø-relser av anordningen. Oppfinnelsen bør derfor bare anses å være begrenset av omfanget av de etterfølgende patentkrav.

Claims (13)

1. Undersjøisk hydraulisk koplingselement som omfatter: a) et legeme, som strekker seg fra en første ende til en andre ende, med en langsgående utboring (37); b) en muffe (39) i den langsgående utboringen (37), der muffen har et innvendig ventilsete (34); c) en ventil (54) i muffen (39), som er bevegelig mellom en lukket stilling i tettende inngrep med det innvendige ventilsetet (34) for å blokkere fluidstrøm gjennom utboringen, og til en åpen stilling hvor ventilen (54) og det innvendige ventilsetet (34) er skjøvet bort fra hverandre; d) en første fjær (44) som driver muffen (39) til den lukkede stillingen; e) en andre fjær (50) som driver ventilen (54) til lukket stilling hvor ventilen (54) løsner fra ventilsetet (34) når ventilen (54) beveges mot den første enden av legemet som reaksjon på fluidtrykk som virker på den andre siden av ventilen (54) gjennom den langsgående utboringen (37) fra den andre enden av legemet. karakterisert vedat en åpner (25) som løsner ventilen (54) fra det innvendige ventilsetet (34) når muffen (39) beveges mot den andre enden av legemet som reaksjon på fluidtrykk som virker på muffen (39) gjennom den langsgående utboring (37) fra den første enden av legemet.

2. Undersjøisk hydraulisk koplingselement ifølge krav 1,karakterisert vedat den første fjæren (44) er sterkere enn den andre fjæren (50).

3. Undersjøisk hydraulisk koplingselement ifølge krav 1,karakterisert vedvidere å omfatte en radial pakning (32) mellom muffen (39) og den langsgående utboringen (37) i koplingselementet.

4. Undersjøisk hydraulisk koplingselement ifølge krav 1,karakterisert vedat åpneren (25) er et langsgående element i den langsgående utboring i nærheten av den andre enden av legemet.

5. Undersjøisk hydraulisk koplingselement ifølge krav 1,karakterisert vedat muffen (39) i utboringen (37) er forskyvbar fra en første stilling fra en første skulder (31) i avstand til en andre stilling fra nevnte første skulder (31), hvori muffen (39) er forspent inn i den første stillingen.

6. Undersjøisk hydraulisk koplingselement ifølge krav 5,karakterisert vedat ventilen (54) i muffen (39) er forskyvbar fra en første stilling til det innvendige ventilsetet (34) i avstand til en andre stilling til det innvendige ventilsetet (34), der ventilen (54) er forspent inn i den første stillingen; fluidtrykket i boringen (37) fra den første enden av legemet trykker hylsen (39) til den andre stillingen, og fluidtrykk i boringen (37) fra den andre enden av legemet trykker ventilen (54) til den andre stillingen.

7. Undersjøisk hydraulisk koplingselement ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 6,karakterisert vedat ventilen (54) er en tallerkenventil.

8. Undersjøisk hydraulisk koplingselement ifølge krav 6,karakterisert vedat fluidtrykk for å trykke muffen (39) til nevnte andre stilling overskrider fluidtrykket for å skyve ventilen (54) til den andre stillingen.

9. Undersjøisk hydraulisk koplingselement ifølge krav 6,karakterisert vedat den videre omfatter en radial tetning (32) mellom muffen (39) og utboringen (37).

10. Undersjøisk hydraulisk koplingselement ifølge krav 6,karakterisert vedat skulderen (31) i utboringen (37) omfatter en skråstilt overflate, og skulderen (34) i muffen (39) omfatter en skråstilt overflate.

11. Undersjøisk hydraulisk koplingselement ifølge krav 1,karakterisert vedat den første fjæren (44) presser muffen (39) mot den indre skulderen (31) i utboringen (37), der den første fjæren er sammentrykkbar som reaksjon på fluidtrykk som kommer inn i utboringen (37) via den første enden av legemet, hvorved muffen (39) er i avstand fra hverandre til den indre skulderen (31).

12. Undersjøisk hydraulisk koplingselement ifølge krav 11,karakterisert vedat den andre fjæren (50) er sammentrykkbar som reaksjon på fluidtrykk som kommer inn i utboringen (37) gjennom den andre ende av legemet, hvorved ventilen (54) er i avstand fra hverandre til den indre skulderen (34) til muffen (39).

13. Undersjøisk hydraulisk kopling ifølge krav 1,karakterisert vedat den første fjæren (44) er større enn den andre fjæren (50).