NO335940B1 - Undersjøisk hydraulisk kopling med føring for ventilutløser - Google Patents

Abstract

En undersjøisk hydraulisk kopling er angitt med en tallerkenventil som har en utløser som strekker seg utover fra ventilen, samt en føring mellom utløseren og koplingens utboring. Denne føring er et muffeformet legeme (43) omkring utløseren og med strømningspassasjer som sikrer en jevn strømning av hydraulisk fluid gjennom det ringrom som er dannet mellom koplingens utboring og utløseren. Denne føring bidrar også til å hindre skade på utløseren, samt retter inn utløseren under sammenkoplinger, frakoplinger og i bruk.

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

1. Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse gjelder generelt hydrauliske koplinger som brukes i undersjøiske utborings- og produksjons anvendelser. Nærmere bestemt gjelder oppfinnelsen et undersjøisk hydraulisk koplingslegeme med en tallerkenventil som har en føring for den ventilutløser som åpner tallerkenventilen når den forbindes med det motstående koplingslegeme.

2. Beskrivelse av beslektet teknikk

Undersjøiske hydrauliske koplinger er tidligere kjent innenfor fagområdet. Slike koplinger består hovedsakelig av en hanndel og en hunndel, hvor myke pakninger er posisjonsinnstilt inne i hunndelen for å avtette skjøten mellom hanndelen og hunndelen. Hunndelen er vanligvis et sylinderformet legeme med en utboring i lengderetningen med forholdsvis stor diameter i den ene ende og en utboring i lengderetningen med forholdsvis liten diameter i den andre ende. Den smale utboring letter forbindelser til hydrauliske ledninger, mens den store utboring innehol-der myke pakninger og mottar hanndelen ved sammenkopling. Hanndelen omfatter et sylinderformet parti eller sonde i den ene ende og som har en diameter om-trent lik diameteren av den store utboring i koplingens hunndel. Hanndelen omfatter også en forbindelsesanordning ved sin andre ende for derved å lette forbindelser med hydrauliske ledninger. Når det sylinderformede parti av hanndelen er ført inn i den store utboring i hunndelen, i samsvar med de forskjellige utførelser av anordningen, så vil de myke pakninger eller O-ringer enten ligge an mot ytteren-den eller fronten av hanndelen eller komme i inngrep med den sylinderformede sondevegg omkring dens ytre omkrets. Det hydrauliske fluid kan da fritt strømme gjennom hanndelen og hunndelen i koplingen, mens pakningene hindrer strøm-ning fra å lekke ut omkring skjøten og koplingen.

Tallerkenventiler kan være installert i hunndelen og i hanndelen av koplingen. Hver tallerkenventil lukkes når koplingen brytes, for derved å hindre fluid fra å lekke ut av det utstyr som koplingen utgjør en del av. Fjærer eller andre forspen-ningsmidler er blitt anvendt for å drive tallerkenventilene til den normale lukkede stilling.

I de senere år er ett eller flere trykkpåførte metallpakninger vært brukt i un-dersjøiske hydrauliske koplinger av den ovenfor angitte type. I US patent nr 4.694.859 til Robert E. Smith III, som er overdratt til National Coupling Company, Inc. i Stafford, Texas er det angitt en undersjøisk hydraulisk kopling samt metallpakninger. En gjenbrukbar metallpakning befinner seg i inngrep med hanndel-sondens ytre omgrep når den er posisjonsinnstilt inne i hunndelens utboring. Denne metallpakning holdes på plass ved hjelp av en holder. Så vel hanndelen som hunndelen har ventilutløsere som rager ut fra tallerkenventilen. Når hanndelen fø-res inn i hunndelens utboring og ventilutløserne aktiveres, blir hver av tallerkenventilene drevet til åpen stilling og tallerkenfjærventilene sammentrykkes. US patent nr 5.762.106 til rober E. Smith III, og som er overdratt til National Coupling Company, Inc. angir også en undersjøisk hydraulisk kopling samt et radialt metall-sete som er i inngrep med omkretsen av sonden eller hanndelen.

I undersjøisk hydraulisk utstyr av den ovenfor angitte type er det ønskelig å øke mengdestrømmene gjennom det utstyr som koplingen utgjør en del av. Mengdestrømmen gjennom koplingene, samt de hydrauliske ledninger som er forbundet med disse koplinger, er da en funksjon av diameteren av den indre utboring gjennom hver kopling samt ledningene. Som det vil være kjent av fagkyndige på området, kan den maksimale mengdestrøm-koeffisient gjennom en kopling være bestemt og beregnet på grunnlag av dimensjonene av koplingens utboringer.

For å kunne motstå de høyere trykk ved økt hydraulisk strømning gjennom en kopling, må koplingslegemene og særlig sondeseksjonen på hanndelen ha tilstrekkelig tykkelse til å motstå det indre arbeidstrykk og det ytre trykk som utøves på koplingen ved betraktelige dybder til sjøs. Det er imidlertid uønsket å øke omfang og tykkelse for koplingen for derved å tilpasse den de høyere arbeidstrykk og høyere undervannstrykk. Fjernstyrte fartøyer (ROV-enheter) må ofte anvendes for å transportere samt tilkople og frakople koplingsenheter. Disse ROV-enheter kan ha begrenset vekt og omfangskapasitet når det gjelder å transportere og installere koplingsdeler. Ofte vil flere koplingslegemer være koplet til en manifold-plate og må transporteres undersjøisk med koplingene festet til en motstående manifold-plate.

Av de ovenfor angitte grunner det gjort forsøk på å øke strømningsmeng-den gjennom koplingene og samtidig redusere deres omfang og vekt. Koplinger er blitt foreslått med reduserte diametere og forlengde sondeseksjoner på hanndelen. Tallerkenventiler som brukes i koplinger av den ovenfor angitte type er vanligvis posisjonsinnstilt i sondeseksjonen og omfatter en ventilutløser som rager ut fra toppen av den koniske ventiloverflate. Ventilutløseren og hanndelen bringes i inngrep med ventilutløseren i hunndelen for å drive tallerkenventilene til åpen stilling og derved opprette fluidstrømning gjennom koplingen. I koplingen med redusert diameter og forlengede sondeseksjoner i hanndelen, kan det også være nødven-dig å øke og utvide lengden av utløseren i det ene eller begge koplingsdeler.

US patentsøknad med serienummer 09/293.554 til Robert E. Smith III, og som er overdratt til National Coupling Company, Inc. gjelder en undersjøisk hydraulisk kopling med en forlenget sondeseksjon med en ventilfjær som har større diameter enn diameteren av den forlengde sondeseksjon. Denne større fjær bidrar til å frembringe tilstrekkelige krefter til å hindre at tallerkenventilen i hanndelen åp-nes ved høye undersjøiske trykk, samtidig som den forlengde sondeseksjon har en mindre diameter for å nedsette den påkrevede pakningsflate til et minimum. Tallerkenventilen har en ventilutløser som strekker seg fra ventilen gjennom den forlengede sondeseksjon. Krefter, hvori slagkrefter er inkludert (hvilket vil si fra kollisjoner med andre koplingslegemer, utstyr eller avfall) samt hydrauliske krefter (fra hydraulisk fluid eller sjøvann) vil kunne frembringe avbøyning, utbøyning eller annen skade på ventilutløseren når koplingsdelene er sammenkoplet, frakoplet eller i bruk.

Alternativt har utløserne for tallerkenventiler som anvendes i visse andre hydrauliske koplinger blitt forlenget gjennom koplingens sondeseksjon av andre grunner. US patent nr 5.099.882 og 5.203.374 til Robert E. Smith III, og som er overdratt til National Coupling Company, Inc. viser f.eks. tallerkenventilutløsere som strekker seg gjennom hannkoplingsdelens sondeseksjon i trykkbalanserte undersjøiske hydrauliske koplinger. I disse patentskrifter er det vist en flens på tallerkenventilens utløser. Denne flens tjener som en stopper som ligger an mot en skulder i den utboring som rommer ventilutløseren, samt virker som en stopper for å hindre at utløseren blir revet ut av koplingens utboring på grunn av trykk.

Det er ønskelig å inkludere forlengede tallerkenventilutløsere i den ene eller begge koplingsdeler, men det vil være vanskelig å sikre innretting av tallerkenventilens utløser i den utboring eller det hulrom i koplingsdelen som tallerkenventilens utløser strekker seg gjennom. Utløseren kan bli feilaktig rettet på grunn av meka-niske krefter som vil kunne skade utløseren, og/eller trykket fra hydraulisk fluid, sjøvann eller avfall til sjøs som slår an mot utløseren. Det behøves følgelig en forbedret ventilutløser som vil sikre korrekt innretting av utløseren og vil sørge for jevn strømning gjennom koplingsdelene. Videre er det behov for en forbedret tal-lerkenventilutløser som muliggjør nøyaktig føring av tallerkenventilen når koplingsdelene blir sammenkoplet på betraktelige dybder til sjøs. Videre bringes det en forbedret tallerkenventilutløser som vil bidra til å øke strømningen av hydraulisk fluid gjennom den utboring som utløseren er anbrakt i inne i det vedkommende koplingsdel.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Foreliggende oppfinnelse ligger i en undersjøisk hydraulisk kopling av den ovenfor angitte type og som omfatter en hanndel eller sonde som har en tallerkenventil med en føring på ventilutløseren for å sikre korrekt innretting av utløseren i koplingsdelen. Denne føring omfatter flere porter, slik som hull, spor eller slisser som er gjennomgående for å gjøre det mulig for hydraulisk fluid å opprettholde en høy mengdestrøm gjennom ringrommet mellom utløseren og den utboring hvori den er plassert. Denne føring gjør det mulig for tallerkenventilen å bli nøyaktig le-det inn i hanndelens sondeseksjon når denne sonde blir tilkoplet eller frakoplet hunnkoplingsdelen. Denne føring kan være i ett stykke med tallerkenutløseren eller alternativt utgjøres av en muffe omkring utløseren eller festet til utboringen i den koplingsdel hvorigjennom utløseren beveges. Foreliggende oppfinnelse mu-liggjør økt strømning av hydraulisk fluid gjennom den koplingsdel som har en mer utstrakt eller forlenget tallerkenventilutløser.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

De følgende tegninger utgjør en del av foreliggende fremstilling og er inkludert for ytterligere å vise visse aspekter ved foreliggende oppfinnelse. Denne oppfinnelse vil bli bedre forstått ved henvisning til en eller flere av disse tegninger i kombinasjon med detaljert beskrivelse av spesielle utførelser som er angitt her. Fig. 1 viser et snitt gjennom en hanndel av koplingen i henhold til den første utførelse av foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser et tverrsnitt gjennom hanndelen i fig. 1 og tatt langs snittlinjen A-Aifig. 1.

BESKRIVELSE AV FORETRUKNE UTFØRELSER

Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom en hannkoplingsdel 10 som omfatter et håndtak 12 med en første ende 14, et midtparti 19 som ender i en skulder 18, samt en sondeseksjon 13. Denne sondeseksjon 13 har fortrinnsvis en trinnvis for-skjellig ytterdiameter, med en seksjon med større diameter 17 tilstøtende skulde-ren 18, samt et sondeparti med mindre diameter 16 og som ender i den andre yt-terenden eller frontflaten 15 av hannkoplingsstykket. Denne hanndel har en trinnvis utboring med et første parti 32 som strekker seg frem til et konisk ventilsete 33 og et andre parti 31 med mindre diameter som strekker seg fra det koniske ventilsete til den andre enden 15 av hanndelen.

Tallerkenventilsammenstillingen for hanndelen mottas glidbart inne i det første parti 32 av hanndelens utboring. Tallerkenventilsammenstillingen omfatter et sylinderformet hult ventillegeme 34 med ventillegeme åpninger 35. Ventilhode 40 har konisk form og er dimensjonert til seteanlegg og avtetning mot ventilsetet 33. Den skrueformede ventilfjær 50 driver tallerkenventilen til lukket stilling, samt er forankret i fjærkragen 36 som holdes på plass ved hjelp av krageklemmer 51.

Det koniske ventilhodet har en utløser eller stamme 41 som strekker seg i lengderetningen fra toppunktet på den koniske ventil. Når ventilen befinner seg i lukket stilling rager utløseren eventuelt i lengderetningen gjennom og ut fra utboringen 31, slik at den fremre flate eller ytterende 42 av utløseren strekker seg forbi den fremre ende 15 av sondelegemet. Utløseren for hanndelens tallerkenventil kan eller ikke kan strekke seg ut fra utboringen 31 når ventilen er lukket. Fortrinnsvis er utløserens diameter større enn 50% av diameteren av det andre parti 31 av utboringen, men utløseren bør være dimensjonert til å være vesentlig mindre i diameter for å gjøre det mulig for hydraulisk fluid å strømme gjennom ringrommet mellom utløseren og utboringen.

Ventilføringen 43 er fortrinnsvis muffeformet og posisjonsinnstilt omkring utløseren. Denne ventilføring har en ytre diameter dimensjonert til å ha glidepas-ning inne i det andre parti 31 av hanndelens utboring. Føringen 43 retter utløseren nøyaktig inn i utboringen 31.

Det skal nå henvises til fig. 2, hvor det er vist et tverrsnitt tatt langs snittlinjen A-A i fig. 1. Partiet 17 med større diameter av sonden er forsynt med en gjennomgående utboring 31. Tallerkenventilens utløser 41 har, som beskrevet ovenfor en ytterdiameter som er vesentlig mindre enn innerdiameteren av utboringen 31, men fortrinnsvis minst 50% av utboringens innerdiameter. Føringen 43 har imidler tid en glidende pasning overfor utløserutboringen 31. For at hydraulisk fluid skal kunne passere forbi føringen, er flere strømningshull 44 ført i lengderetningen gjennom føringen. Disse strømningshull kan være utført som spor, slik som vist i fig. 2, eller kan alternativt være hull som er boret gjennom føringen eller slisser som er dimensjonert til å sørge for jevn flyt gjennom utboringen 31 og forbi føring-en 43.

I en foretrukket utførelse er føringen 43 et muffeformet legeme med en sentral utboring og er utført i et stykke med utløseren. Alternativt kan føringen være festet til utløseren ved hjelp av en glidende eller statisk pasning eller ma-skinbearbeidet inn i utboringspartiet 31 av hanndelens sonde. Alt etter lengden av tallerkenventilens utløser kan en eller flere føringer anvendes og/eller føringen kan være en forlenget muffe for å gjøre det mulig for tallerkenventilens føring å kunne nøyaktig føres gjennom utboringen 31.

Skjønt ventilutløserens føring er vist i hanndelen av koplingen, er også oppfinnelsesgjenstanden egnet for anordning i koplingens hunndel eller i begge koplingsdeler, hvis så ønskes. Oppfinnelsesgjenstanden forbedrer ventilutløserens stabilitet og hindrer skade på denne ventilutløser i den ene eller begge koplingsdeler, samtidig som den sikrer jevn flyt av hydraulisk fluid gjennom ringrommet mellom utløseren og utboringen.

Skjønt variasjoner med hensyn til utførelsen av foreliggende oppfinnelses-gjenstand eventuelt ikke kan oppvise samtlige fordeler ved oppfinnelsen, kan det hende at visse trekk kan være viktigere enn andre i forskjellige utførelser av oppfinnelsesgjenstanden. Oppfinnelsen bør følgelig forstås bare å være begrenset av omfanget av de etterfølgende patentkrav.

Claims (10)

1. Undersjøisk hydraulisk kopling som omfatter: (a) et koplingslegeme med en avtrappet sylinderformet utboring som strekker seg gjennom legemet, hvor denne avtrappede utboring har en første seksjon (32) og en andre seksjon (31), et ventilsete (33) mellom den første seksjon og den andre seksjon i uboringen, samt en tallerkenventil i den første seksjon av utboringen, og innrettet for glidbar overgang mellom en lukket stilling mot ventilsetet (33) og en åpen stilling i avstand fra ventilsetet (33); og (b) en ventilutløser (41) som strekker seg i lengderetningen ut fra tallerkenventilen gjennom utboringens andre seksjon (31), hvor ventilutløseren (41) har en ytre diameter som er større enn halvparten av den indre diameter av den andre seksjon (31) i utboringen; og (c) en føring (43) som er glidbart anordnet i den andre seksjon (31) av utboringen og med en ytterdiameter større enn ventilutløseren (41), idet denne føring (43) har en sentral utboring som ventilutløseren (41) rager ut gjennom, og føringen (43) stort sett har sylinderform med flere gjennomgående åpninger (44) som er tilstrekkelig store til at hydraulisk fluid kan passere i lengderetningen gjennom føringen (43).

2. Undersjøisk hydraulisk kopling som angitt i krav 1, og hvor føringen er utført i et stykke med ventilutløseren.

3. Undersjøisk hydraulisk kopling som angitt i krav 1, og hvor åpningene i fø-ringen er slisser.

4. Undersjøisk hydraulisk kopling som angitt i krav 1, og hvor ventilutløseren rager ut fra utboringens andre seksjon når tallerkenventilen er lukket.

5. Undersjøisk hydraulisk kopling som omfatter: (a) en hannkoplingsdel (10) med et hovedparti (19), et sondeparti (13), en indre utboring med en første seksjon (32) med en større diameter (17) gjennom hovedpartiet samt en andre seksjon (31) med en mindre diameter (16) gjennom sondepartiet (13); (b) en hunnkoplingsdel med en indre utboring dimensjonert for å motta sondepartiet (13), samt med minst en ringformet pakning i inngrep med sondepartiet når dette sondeparti er ført inn i hunnkoplingsdelens indre utboring; (c) en første tallerkenventil som er glidbart anordnet i den indre utboring i hunnkoplingsdelen samt en andre tallerkenventil som er glidbart anordnet i den første seksjon av den indre utboring i hannkoplingsdelen (10), hvor tallerkenventilene har ventilutløsere (41) som kan bringes i innbyrdes inngrep for å drive disse tallerkenventiler til åpen stilling når sondepartiet (13) føres inn i hunnkoplingsdelens indre utboring, idet tallerkenventilutløseren (41) i hannkoplingsdelen (10) har en ytterdiameter som er vesentlig mindre enn diameteren av den andre seksjon av hanndelens utboring; samt (d) en muffeformet føring (43) med pasning omkring i det minste en del av tallerkenventilens utløser i hannkoplingsdelen, hvor denne føring har en glidbar innpasning i den andre seksjon av hanndelens utboring, og føringen har flere gjennomgående fluidpassasjer (44).

6. Undersjøisk hydraulisk kopling som angitt i krav 5, og hvor den muffeformede føring er forbundet med den andre seksjon av hanndelens utboring.

7. Undersjøisk hydraulisk kopling som angitt i krav 5, og hvor sondepartiet har en avtrappet ytre overflate.

8. Undersjøisk hydraulisk kopling som angitt i krav 5, hvor den muffeformede føringen (43) er integrert med talerkenventilutløseren til hannkoplingsdelen slik at utløseren omfatter: et første parti med en første diameter og et andre parti med en andre diameter, hvor diameteren av det første parti er mindre enn fluidpassasjens diameter for derved å danne et ringformet rom mellom disse for gjennomstrømning av fluid når ventilen er åpen, og diameteren av det andre parti er dimensjonert for å ha en glidende sammenpasning med fluidpassasjen samt med flere passasjer gjennom det andre parti for gjennomstrømning av fluid når ventilen er åpen.

9. Undersjøisk hydraulisk koplingsanordning som angitt i krav 8, og hvor fluidpassasjen er avtrappet.

10. Undersjøisk hydraulisk koplingsanordning som angitt i krav 8, og hvor det første parti (32) har en større diameter (17) enn halvparten av diameteren (16) av det andre parti (32).