NO335945B1 - Undersjøisk kopling med innbyrdes låsende seteventil-aktuatorer - Google Patents

Abstract

Innbyrdes låsende seteventil-aktuatorer for undersjøiske konnektor- strukturer er beskrevet. Aktuatorene forløper fra seteventilen for hver konnektor- struktur og låses sammen på en slik måte at de står imot bøyning og/eller annen sideveis bevegelse forårsaket av strømning, gjeme turbulent, av hydraulikkfluid i konnektorstrukturenes boringer og i koplingspunktet mellom konnektorstrukturene.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt hydrauliske koplinger, og mer spesifikt hydrauliske koplinger som anvendes for undersjøiske bore- og produksjonsapplikasjoner. Mer konkret involverer oppfinnelsen seteventiler for undersjøiske hydrauliske koplinger som åpnes for å muliggjøre strømning av hydraulikkfluid når konnektorstrukturene koples sammen.

Undersjøiske hydrauliske koplinger er gammel teknikk. Koplingene består generelt av en tappkonnektor og en muffekonnektor med forseglede fluidstrømningsveier forbundet derimellom. Muffekonnektoren er generelt et sylindrisk legeme som har en lengderettet boring med relativt stor diameter, eller et tilkoplingskammer, i den ene enden og en lengderettet boring med relativt liten diameter i den andre enden. Den lille boringen letter tilkopling til hydraulikkledninger mens den større boringen forsegler mot og danner sleidende inngrep med tappkonnektoren av koplingen. Tappkonnektoren omfatter en sylindrisk andel i den ene enden som har en utvendig diameter som er omtrent lik diameteren til den store boringen i muffekonnektoren av koplingen. Tappkonnektoren omfatter også en konnektor i sin andre ende for å lette tilkopling til hydraulikkledninger. Når den sylindriske andelen av tappkonnektoren innføres i den store boringen i muffekonnektoren, ifølge forskjellige utførelsesformer av anordningen, etableres det strømning av fluid mellom tapp-og muffeelementene.

Tapp- og muffekonnektorene av en hydraulisk kopling omfatter begge typisk en seteventil som sleidende mottas inne i boringen i hver struktur. Hver seteventil omfatter typisk en konisk ventilflate som anlegges, i den lukkede stillingen, mot et ventilsete i boringen. Seteventilen åpnes for å muliggjøre strømning av fluid, og lukker seteventilflaten mot det tilhørende ventilsetet inne i boringen for å stanse strømningen. Seteventilen er i alminnelighet fjærbelastet mot lukket stilling. Ventilen omfatter også en ventilaktuator som kan være en nese eller spindel (eng: stem) som forløper fra spissen av ventilflaten langs seteventilens lengdeakse. Kontakten mellom ventilaktuatorene for tapp- og muffekonnektorens seteventiler tvinger hver ventilflate vekk fra ventilsetet til åpen stilling for strømning av fluid mellom strukturene. Enkelte undersjøiske konnektorstrukturer omfatter ikke ventilaktuatorer, men omfatter i stedet ventiler som åpner i respons til fluidtrykk fra den motstående konnektorstrukturen.

I undersjøiske anvendelser er tappkonnektorene og muffekonnektorene typisk festet til motstående samleplater. Typisk kan mellom 10 og 30 konnektorstrukturer være festet til hver samleplate. Det kan være ønskelig å øke antallet konnektorstrukturer som er festet til hver samleplate. Samleplatens størrelse kan økes for å gi plass for flere konnektorstrukturer. Det å øke dimensjonene til en samleplate for å gi plass til ytterligere konnektorstrukturer øker imidlertid dens vekt, og gjør det vanskeligere for løfteanordninger, dykkere eller fjernstyrte fartøyer å håndtere samleplatene og bringe konnektorstrukturene i inngrep, spesielt på undersjøiske dyp som er tusen meter eller mer. Alternativt, i stedet for å øke samleplatens dimensjoner, kan størrelsen (dvs. diameteren) til hver konnektorstruktur reduseres. En reduksjon av diameteren til konnektorstrukturer kan imidlertid også resultere i trangere strømningspassasjer og redusert veggtykkelse. Dersom det er mulig, er det ønskelig å redusere diameteren til konnektorstrukturer uten i betydelig grad å gjøre strømningspassasjen trangere eller redusere veggtykkelsen. I motsatt fall kan koplinger med trangere strømningspassasje og redusert veggtykkelse ofre ytelse og pålitelighet, tilveiebringe lavere strømningsmengde og gi økt risiko for lekkasje av hydraulikkfluid inn i sensitive undersjøiske miljøer.

Flere patenter som eies av National Coupling Co, Inc i Stafford, Texas beskriver undersjøiske hydrauliske koplinger som omfatter sondeseksjoner som har redusert diameter uten å ofre ytelse og pålitelighet og uten å øke risikoen for lekkasje. For eksempel beskriver US 6 206 040 patentet en undersjøisk hydraulisk kopling som har en steget innvendig boring dimensjonert for å øke strømmingsraten gjennom koplingen. Koplingen tillater en økt strømningsrate uten å øke størrelsen eller vekten til koplingen ved at seteventilen er posisjonert i legemeseksjonen heller enn i sondeseksjonen av tappkonnektoren. US 6 085 785 patentet beskriver en undersjøisk hydraulisk konnektorstruktur som omfatter en utvidet sondeseksjon og en seteventil som har en aktuator som forløper gjennom den utvidede sondeseksjonen. US 6 283 444 patentet beskriver en undersjøisk hydraulisk konnektorstruktur som omfatter en seteventil i legemeseksjonen og en ventilaktuator som forløper gjennom sondeseksjonen og ut fra den fremre flaten av tapp-konnektorstrukturen. Tilsvarende beskriver US 6 227 245 patentet et undersjøisk hydraulisk koplingselement som har en vinklet strømmingsport for å hindre avfall fra å trenge inn i den hydrauliske linjen. En portvakt koplet til ventilaktuatoren lukker strømningsportene med mindre seteventilen blir åpnet ved gjensidig inngrep med det motsatte koplingsmedlemmet.

US 6 161 579 beskriver et koplingssystem som innbefatter et oppstrøms rørformet legeme koplet til en trykksatt fluidlinje i hvilken en lukker presses mot et sete under påvirkning av en fjær oppstrøms fra lukkeren. Et nedstrøms rørformet legeme kan festes i det oppstrøms rørformede legemet og er koplet til en linje som tar i mot det trykksatte fluidet, og som inneholder en andre lukker som presses mot et sete under påvirkning av en fjær nedstrøms av denne og av en fjærkraft som er lik eller mindre enn den til fjæren. En støtstang og en rørvegg er festet til den første lukkeren nedstrøms og vekselvirker med en støtstang fester til den andre lukkeren oppstrøms og en oppstrøms kant til nedstrøms legemet.

De fleste undersjøiske konnektorstrukturer har ventilaktuatorer som er kortere enn halvparten av seteventilens lengde. Konnektorstrukturene som er beskrevet i de ovenfor identifiserte patentene eiet av National Coupling har imidlertid ventilaktuatorer som er større enn halvparten av seteventilens lengde, og kan ha en lengde som er 2,5 cm (1 tomme) eller mer. Disse ventilaktuatorene forløper i hvert fall delvis gjennom den innvendige boringen i sondeseksjonen, og kan, men trenger ikke forløpe ut fra den fremre flaten av tapp-konnektorstrukturen i den normalt lukkede stillingen.

Hydraulikkfluid i undersjøiske hydrauliske systemer anvender store krefter mot seteventilene i konnektorstrukturene, spesielt ved høy strømnings-mengde og høyt trykk. Ventilaktuatorer er spesielt sårbare for de store kreftene fra hydraulikkfluidet. Ventilaktuatorer utsettes for strømning, gjerne turbulent, av hydraulikkfluid gjennom den innvendige boringen i hver konnektorstruktur og i koplingspunktet der konnektorstrukturene er koplet sammen. Trykk i og turbulent strømning av hydraulikkfluid anvender sideveis rettet trykk mot ventilaktuatorene, og kan bøye eller bevege ventilaktuatorene sideveis. Bøyde ventilaktuatorer kan være i for dårlig kontakt til, på en pålitelig måte, å åpne seteventilene når undersjøiske hydrauliske konnektorstrukturer bringes i inngrep. Skadde ventilaktuatorer kan også øke risikoen for lekkasje eller på negativ måte innvirke på ytelsen til hydraulikksystemet av hvilket koplingen er en del.

Foreliggende oppfinnelse er en undersjøisk hydraulisk kopling av den nevnte typen som omfatter innbyrdes låsende ventilaktuatorer. Ventilaktuatorer som forløper fra hver seteventil bringes i kontakt for å åpne ventilene. Den fremre flaten av én ventilaktuator omfatter en utspringer, og den fremre flaten av den andre ventilaktuatoren omfatter en tilhørende, passformet utsparing. Når utspringeren kommer inn i og danner inngrep med utsparingen, danner de fremre flatene av ventilaktuatorene innbyrdes låsende inngrep. De innbyrdes låste aktuatorene står bedre imot bøyning, defleksjon eller sideveis bevegelse som følge av hydraulikktrykk og turbulens, og begrenser eller hindrer med det skader på aktuatorene og hydraulikksystemet. Figur 1 er et delseksjonssnitt av seteventilene i tapp- og muffekonnektorene ifølge en første foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Figur 2 er et delseksjonssnitt av seteventilene i tapp- og muffekonnektorene ifølge en andre foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Figur 3 er et seksjonssnitt av en undersjøisk hydraulisk kopling som omfatter seteventilene ifølge foreliggende oppfinnelse i en foretrukket ut-førelsesform.

Som vist i figur 1 omfatter en første seteventil 10 et sylindrisk ventillegeme 11, en konisk ventilflate 12 og flere åpninger 13 for strømning av hydraulikkfluid mellom ventillegemet og ventilflaten når den første seteventilen er åpen. En andre seteventil 20 omfatter også et sylindrisk ventillegeme 21, en konisk ventilflate 22 og flere åpninger 23 for strømning av hydraulikkfluid mellom det sylindriske ventillegemet og ventilflaten når den andre seteventilen er åpen.

En første aktuator 14 forløper fra spissen av ventilflaten 12, og en andre aktuator 24 forløper fra spissen av ventilflaten 22.1 utførelsesformene i figurene 1, 2 og 3 er kun den første aktuatoren lengre enn halvparten av lengden til den seteventilen fra hvilken aktuatoren forløper.

Foreliggende oppfinnelse kontemplerer at lengden til hver ventilaktuator kan være kortere eller lengre enn halvparten av seteventilens lengde. Fordelene ved foreliggende oppfinnelse oppnås, og oppfinnelsen er egnet, for anvendelse med hydrauliske koplinger som omfatter ventilaktuatorer av en hvilken som helst lengde. Oppfinnelsen er imidlertid spesielt nyttig for under-sjøiske koplinger som omfatter ventilaktuatorer som forløper i hvert fall delvis gjennom boringen i sondeseksjonen, omfattende undersjøiske hydrauliske koplinger der i hvert fall én av aktuatorene er lengre enn halve lengden til seteventilen. Tappkonnektorens ventilaktuator kan forløpe ut fra den fremre flaten av sondeseksjonen når seteventilen er lukket, og vil være i kontakt med muffekonnektorens ventilaktuator utenfor sondeseksjonen. Alternativt trenger ikke tappkonnektorens ventilaktuator forløpe fra den fremre flaten av sondeseksjonen, slik at den kun vil være i kontakt med muffekonnektorens ventilaktuator etter at muffekonnektorens ventilaktuator er bragt delvis inn i sondeseksjonen.

Den fremre flaten 15 av ventilaktuatoren 14 omfatter en hovedsaklig halvkuleformet utsparing 16, og den fremre flaten 25 av ventilaktuatoren 24 omfatter en hovedsaklig halvkuleformet utspringer 26. Når ventilaktuatorene bringes i kontakt og danner innbyrdes inngrep for å åpne seteventilene i tapp-og muffe-konnektorstrukturene, danner utspringeren 26 innbyrdes låsende inngrep med utsparingen 16. De innbyrdes låste ventilaktuatorene står imot bøyning og annen sideveis rettet bevegelse som følge av hydraulikkrefter i den innvendige boringen i sondeseksjonen og i koplingspunktet mellom konnektorstrukturene.

Seteventilene ifølge foreliggende oppfinnelse er posisjonert inne i de innvendige boringene til undersjøiske, hydrauliske tapp- og muffe-konnektorstrukturer. Den første seteventilen kan være posisjonert i den innvendige boringen i tapp-konnektorstrukturen mens den andre seteventilen befinner seg i den innvendige boringen i muffe-konnektorstrukturen. Alternativt kan den første seteventilen være posisjonert i den innvendige boringen i muffe-konnektorstrukturen og den andre seteventilen i den innvendige boringen i tapp-konnektorstrukturen. Figur 2 viser en første seteventil 30 og en andre seteventil 40, hen-holdsvis med utoverløpende ventilaktuatorer 34 og 44. Den fremre flaten 35 av ventilaktuatoren 34 omfatter en frustokonisk (utformet som en avkortet kjegle) utsparing 36, og den fremre flaten 45 av ventilaktuatoren 44 omfatter en frustokonisk utspringer 46. Når aktuatorene bringes i kontakt for å åpne seteventilene, danner utspringeren 46 innbyrdes, låsende inngrep med utsparingen 36. Figur 3 viser en tapp-konnektorstruktur 50 i inngrep med en muffe-konnektorstruktur 70, idet ventilaktuatorene er innbyrdes låst og seteventilene er åpnet for gjennomstrømning av hydraulikkfluid. Tappkonnektoren omfatter et hovedsaklig sylindrisk legeme 51 og en sondeseksjon 58 med redusert diameter. I utførelsesformen i figur 3 er det også festet en muffe 63 til tappkonnektorens legeme. Den innvendige boringen 52 forløper gjennom det hovedsaklig sylindriske legemet til tapp-konnektorstrukturen. Seteventilen som er tilveiebrakt i legemeseksjonen av tappkonnektoren omfatter et sylindrisk seteventillegeme 53 som sleider i den innvendige boringen og som spennes mot lukket stilling av en ventilfjær 54.1 den normalt lukkede stillingen forsegler en konisk ventilflate 56 mot ventilsetet 57. En fjærkrage 55 holder ventilfjæren på plass i den innvendige boringen. Seteventilen i tapp-konnektorstrukturen omfatter flere åpninger 62 for strømning av hydraulikkfluid mellom det sylindriske ventillegemet og den koniske ventilflaten. Sondeseksjonen omfatter en innvendig boring 59 som forløper igjenom, og som fortrinnsvis har en innvendig diameter som er mindre enn den innvendige boringen 52 i tappkonnektorens legemeseksjon. Mens seteventilen befinner seg i tappkonnektorens legemeseksjon, forløper ventilaktuatoren 61 fra den koniske ventilflaten, gjennom boringen 59 i sondeseksjonen, og ut fra den fremre flaten 60 av tappkonnektorens sondeseksjon. Alternativt trenger ikke ventilaktuatoren å forløpe fra den fremre flaten av sondeseksjonen, som diskutert ovenfor.

Muffekonnektoren 70 av den undersjøiske hydrauliske koplingen, i en foretrukket utførelsesform som er vist i figur 3, omfatter et hovedsaklig sylindrisk legeme 71 med en innvendig boring 72 forløpende derigjennom. Seteventilen i muffekonnektoren omfatter et sylindrisk ventillegeme 73 og en konisk ventilflate 76. En ventilfjær 74, som holdes på plass i den innvendige boringen av en fjærkrage 75, spenner seteventilen mot den normalt lukkede stillingen. I den lukkede stillingen forsegler den koniske ventilflaten 76 mot seteventilen 77. I den åpne stillingen strømmer hydraulikkfluid gjennom åpningene 83 mellom det sylindriske ventillegemet og ventilflaten. Ventilaktuatoren 82 forløper fra spissen av den koniske ventilflaten. Ventilaktuatoren 82 kan danne inngrep med ventilaktuatoren 61 ved den fremre flaten av sondeseksjonen, eller ventilaktuatoren 82 kan bringes delvis inn i sondeseksjonen. En tetningsholder 78 er et hovedsaklig sylindrisk legeme som danner inngrep med eller sleider inn i muffekonnektoren for å holde på plass den radielle tetningen 79 i muffekonnektoren. I tillegg holdes tetningen 80 på plass i muffe-konnektorstrukturen mellom tetningsholderen og dennes låsemutter 81 som er skrudd med gjenger til muffekonnektoren.

Claims (7)

1. Seteventil for et hydraulisk undersjøisk koplingselement, omfattende: (a) et utover vendt hult, sylindrisk ventillegeme (73, 53); (b) en konisk ventilflate (76, 56) som rager ut fra ventillegemet, idet det er minst én åpning (83, 62) mellom ventillegemet og den koniske ventilflaten slik at hydraulikkfluid kan strømme derigjennom; (c) en aktuator (82, 61) som rager ut fra den koniske ventilflaten og som omfatter en ende flate med minst én utsparing (16) eller anslag (26) deri; der aktuatoren (82, 61) er anordnet på motsatt side av den koniske ventilflaten (76, 56) på ventillegemet (73, 53).

2. Seteventil ifølge krav 1, der utsparingen (16) eller anslaget (26) er formet hovedsaklig som en halvkule.

3. Seteventil ifølge krav 1, der utsparingen (36) eller anslaget (46) er stumpkonisk.

4. Seteventilkombinasjon for tapp- og muffestrukturer til en undersjøisk hydraulisk kopling, omfattende: (a) en første seteventil ifølge krav 1 som har en utsparing; og (b) en andre seteventil ifølge krav 1 med et anslag, der seteventilene er anordnet på en slik måte at anslaget til den første aktuatoren (82) går inn i utsparingen til den andre aktuatoren (61) og låser de sammen.

5. Seteventiler ifølge krav 4, der den første aktuatoren (82) er kortere enn den andre aktuatoren (61).

6. Seteventiler ifølge krav 4, der minst én av aktuatorene (61, 82) har en lengde som er større enn halve lengden av seteventilen.

7. Hydraulisk undervannskopling med en seteventilkombinasjon ifølge hvilket som helst av kravene 4 til 6, der tapp eller muffestrukturene (50, 70), som har et hovedparti hvor det hule sylindriske ventillegemet til seteventilene er glidbart anordnet, der de koniske ventilflatene (12, 56, 22, 76) er utformet for å tette når de er i lukket stilling mot hovedpartiet, hvor det hule sylindrisk ventillegemet til hver seteventil har en ventilfjær (54, 74) i inngrep, noe som tvinger de respektive seteventilene til den lukkede stillingen.