NO337662B1 - Hydraulisk sylinder og fremgangsmåte for dens fremstilling - Google Patents

Description

BAKGRUNN

Teknisk felt

Den foreliggende oppfinnelsen angår en hydraulisk sylinder og en fremgangsmåte for dens fremstilling.

Kjent og beslektet teknikk

En hydraulisk sylinder av typen som beskrives her kalles også en lineær aktuator og består generelt av et ytre hus med en indre sylindrisk tetningsflate hvor et stempel er anbrakt aksialt glidbart og i tettende anlegg mot den indre sylindriske tetningsflaten. En inkompressibel væske, typisk hydraulikkolje, med et trykk p tilføres ved stempelets ene side, og virker på en arbeidsflate A. Kraften som virker på stempelet er F = p- A. Trykk kan tilføres vekselvis på motstående sider av stempelet, som derved kan beveges frem og tilbake.

I det følgende brukes betegnelsene bakre stilling om posisjonen der stempelet er lengst inne i huset, og totallengden av stempel og hus er minst. Tilsvarende betegner fremre stilling posisjonen der totallengden av hus og stempel er størst. Retningene fremover og bakover viser til retningene mot henholdsvis fremre og bakre stilling, og slaglengden defineres som avstanden mellom stempelets fremre og bakre stilling i huset.

Stempelet rager ut av husets fremre ende, og utstyres med en standardisert kobling for feste av ulikt utstyr som skal beveges ved hjelp sylinderen. Sylinderens bakre ende utstyres med et feste for innfesting av sylinderen. Sylinderens aksiale inn-byggingsmål er gitt av stedet der den skal monteres, og gjør det ofte umulig å koble hydraulikkslanger til husets ende(r). En typisk hydraulisk sylinder har derfor en eller flere radialt rettede nipler for tilførsel av hydraulisk væske.

Ulike hydrauliske sylindre kan ha ulik slaglengde. For å redusere lagerkostnader er det uvanlig å lagerføre alle dimensjoner. Når en sylinder blir defekt bestilles derfor typisk en ny sylinder med ønsket slaglengde fra leverandøren. Leverandøren kapper så typisk til et husemne i passe lengde, og sveiser eller gjenger på endestykker og radiale nipler for tilførsel av hydraulikkvæske. Tilvirkingen tar i dag ca 7 timer eller mer. Transporttiden til stedet hvor sylinderen skal brukes kommer i tillegg. Gjenging og sveising krever utstyr som vanligvis ikke finnes på stedet der sylinderen brukes. Sveising kan i tillegg ikke brukes i eksplosjonsfarlige områder, f eks mange steder på et olje- eller gassfelt eller en plattform til leting og/eller utvinning av hydrokarboner.

Stempelet skal overføre en gitt kraft, og kan i noen anvendelser være en solid rustfri sylinder med polert ytre flate for tettende anlegg mot husets indre tetningsflate. Noen stempler er laget av rustfritt stål, har slaglengde på flere meter og har diameter på 30-40 cm for å få den nødvendige bøyningsstivhet. Hvis den ytre overflaten på et slikt stempel ripes opp, kan sylinderen begynne å lekke olje, og dermed være ute av stand til å overføre nødvendig kraft til f eks hivkompensering for et stag på en typisk plattform som brukes i olje- og gassvirksomhet. Det er dyrt, tungt og vanskelig å bytte et slikt stempel uten at nye skader oppstår, og det er dyrt og upraktisk å ha et lager med slike tunge og kostbare stempler.

WO 02/02295 A1 omhandler en metode for å produsere plastbeholdere med høykrystal I in itetsbaser.

Det er derfor et formål med den foreliggende oppfinnelsen å redusere tiden det tar å erstatte en defekt hydraulisk sylinder.

Det er også et formål å tilvirke en erstatningssylinder uten bruk av gjenger eller sveising ved montering av endestykker og nipler.

Det er også et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe et bøynings-stivt hydraulisk stempel som enkelt kan erstattes på stedet der det skal brukes.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Hovedtrekkene ved den foreliggende oppfinnelse fremgår av de selvstendige patentkrav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav.

Den foreliggende oppfinnelsen er basert på observasjonen at pressverktøy for å feste hydrauliske slanger til nipler på hydrauliske sylindre er relativt rimelige i forhold til spesielt gjengeverktøy og sveiseutstyr. Slike pressverktøy er også ofte allerede tilgjengelige på stedet der de hydrauliske sylindrene brukes, og bruk av dem er for-bundet med færre restriksjoner enn for eksempel sveiseverktøy. Et slikt pressverktøy tilveiebringer en kraft rettet radialt innover, og kan utstyres med pressbakker tilpasset ulike slangedimensjoner. Når pressverktøyet aktiveres, f eks hydraulisk, presses en pressbakke radialt innover med relativt stor kraft.

Formålene ved oppfinnelsen oppnås ved å tilveiebringe en hydraulisk sylinder omfattende et hus med en sylindrisk indre flate, et endestykke med en sylindrisk ytre flate anbrakt i kontakt med husets indre flate i hver ende av huset, kjennetegnet ved at endestykket har et ringformet spor langs hele sin omkrets, og at husets vegg er tettende deformert ned i det ringformede sporet.

I et annet aspekt angår oppfinnelsen en pressbakke kjennetegnet ved en gruppe ringsegmenter tilpasset til anlegg omkring en hydraulisk sylinder i omkretsretningen og til å påtrykke tilstrekkelig kraft på sylinderens vegg til at veggen deformeres ned i ringformede spor i underliggende gods.

I et tredje aspekt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av en hydraulisk sylinder kjennetegnet ved trinnene å innføre et endestykke i en sylindrisk ende av et sylinderhus, hvor endestykket har et konkavt ringformet spor langs hele omkretsen av en ytre sylinderflate, å anbringe en pressbakke omkring huset, der pressbakken omfatter en gruppe ringsegmenter og pressbakken definerer et presselement som forløper radialt innover rundt en indre omkrets av pressbakken, å anlegge en radialt rettet skulder på pressbakken mot en aksial flate på sylinderhuset, hvorved presselementet anbringes radialt utenfor endestykkets konkave ringspor, å montere pressbakken i et pressverktøy egnet til å frembringe en kraft rettet radialt innover, og å aktivere pressverktøyet inntil sylinderhusets vegg er deformert inn i det konkave ringsporet.

I en foretrukket utførelsesform er presselementet en klemring som forblir på sylinderhusets ytre vegg når operasjonen er fullført. En endehylse kan tres utenpå klemringen for å hindre at den ekspanderer radialt eller glir opp.

Den hydrauliske sylinderen kan omfatte et hult stempel, der en langstrakt indre del er innført. Den indre delen overfører krefter langs stempelet, og er tredd inn i en ytre kappe, der den ytre kappen har en ytre sylinderflate med ønsket overflatebeskaffenhet. Den indre delen kan for eksempel ha langsgående ribber for å overføre kraft fremover fra sylinderen på stempelet, eller den kan være en wire eller kabel for å overføre kraft bakover fra sylinderen på stempelet.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Oppfinnelsen beskrives nærmere i den detaljerte beskrivelsen med referanse til de vedføyde tegningene, hvor: Fig. 1 er et langsgående snitt langs aksen B- B i fig. 3; Fig. 2 er et tverrsnitt langs linjen C- C i fig. 3; Fig. 3 er et grunnriss av sylinderen i fig. 1; Fig. 4 viser en åpen klemring før sammenpressing; Fig. 5 er et snitt gjennom en sylinder og pressbakke langs D- D i fig. 7; Fig. 6 viser pressbakken og sylinderen i fig. 5 sett fra siden; Fig. 7 viser pressbakken og sylinderen i figurene 5 og 6 sett aksialt fra en ende; Fig. 8 viser et ringsegment sett fra siden; Fig. 9 er et perspektivriss av et ringsegment; Fig. 10 viser en stempelstang sett fra en ende; Fig. 11 er et langsgående snitt langs linjen E- E i fig. 10; Fig. 12 viser en alternativ stempelstang sett fra en ende, tilsvarende fig. 10;

Fig. 13 er et langsgående snitt langs linjen F- F i fig. 12.

DETALJERT BESKRIVELSE

Figur 1 er et langsgående snitt gjennom en hydraulisk sylinder 100 ifølge en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen. Sylinderen består av et hus 110 med en indre sylinderflate 111. Et stempel 200 er aksialt glidbart anbrakt i trykktett anlegg mot den husets indre sylinderflate. Stempelet stikker ut av husets fremre ende.

Et bakre endestykke 340 har en sylindrisk ytre flate i kontakt med husets indre sylinderflate 111. Endestykket 340 har et ringformet konkavt spor 350 langs hele sin omkrets. Huset er lukket i sin bakre ende ved at en del av husets vegg er deformert inn i ringsporet 350 på det bakre endestykket 340. I utførelsesformen vist i figur 1, er en bakre klemring 400 brukt til å deformere husveggen inn i der ringformede sporet 350. Husveggen kan alternativt deformeres ned i den ringformede gropen av en ringformet rygg uten bruk av klemringer. Se beskrivelsen av figur 5 nedenfor.

I figur 1 er en bakre endehylse 300 tredd over endestykket 340 og klemringen 400, og holdes på plass av en kontramutter 320 som er skrudd på enden av endestykket 340. Kontramutteren 320 presser endehylsen 300 i retning mot midten av sylinderen. Endehylsen 300 kan hindre klemringen 400 fra å ekspandere radialt, og er derfor anbrakt radialt utenfor klemringen 400 i figur 1.

Endehylsen 300 har en radial boring 310 som står i fluidkontakt med en bakre stempelflate 210. Hydraulisk trykk pi som tilføres gjennom boringen 310 virker på den bakre stempelflate 210 og gir en kraft Fi = prA2iorettet fremover, dvs. mot høyre på figurene 1 og 3.

Husets fremre del er lukket på tilsvarende måte av fremre endestykke 341, klemring 401, endehylse 301 og kontramutter 321. Mens det bakre endestykket 340 er et solid stykke metall, har det fremre endestykket 341 en aksialt rettet boring tilpasset stempelets ytre flate 201. En eller flere pakninger 342 ligger trykktett an mot stempelets ytre flate 201 slik at stempelet 200 kan beveges aksialt i forhold til det fremre endestykket 341 uten at hydraulisk væske lekker ut mellom stempelets ytre flate 201 og den indre flaten av den aksiale boringen gjennom det fremre endestykket 341.

Hydraulisk trykk p2som tilføres gjennom en radial boring 311 på endehylsen 301 virker på en fremre stempelflate 220 og gir en kraft F2=P2A220rettet bakover, dvs. mot venstre på figurene 1 og 3. Trykkene pi og p2kan være samme trykk eller forskjellige trykk.

Fig. 2 er et tverrsnitt langs planet C- C i figur 1. Figuren viser at den radiale boringen 311 står i fluidforbindelse med stempelet 200 gjennom et ringrom omkring det fremre endestykket 341 og radialt rettede kanaler i det fremre endestykket 341. Figur 3 er et riss av sylinderen i figur 1 sett mot de radiale boringene 310 og 311. Figur 4 viser en klemring 400, 401 i åpen tilstand, dvs med et åpent rom. Figuren er ikke i samme skala som figurene 1-3. Klemringen 400, 401 skal klemmes sammen rundt sylinderhuset, og får dermed mindre diameter. Åpningen er tilpasset til den reduserte diameteren slik at klemringen i det vesentlige danner en lukket torus når den er klemt på plass. Figurene 5-7 viser en pressbakke med et antall ringsegmenter 510, 510a som er anbrakt rundt en ende av sylinderen. Sylinderen er generelt vist til ved henvisningstall 100, og ringsegmentene refereres samlet til med henvisningstall 510 (Fig. 6). Figur 5 er et langsgående snitt langs D- D i figur 7. Ringsegmenter 510a og 51 Od er synlig på figuren. Ringsegmentet 510 har minst én anleggsskulder 511 som legges an mot en aksial flate på sylinderen 100. Den aksiale avstanden fra skulderen 511 til en grop 512 på ringsegmentet tilsvarer avstanden mellom den aksiale flaten på sylinderen og minst én ringformet grop 350, 351 i godset under sylinderveggen. Godset under sylinderveggen er representert ved endestykkene 340 og 341 i figur 1.

I en første utførelsesform har ringsegmentene en grop 512 tilpasset en klemring.

Figur 8 illustrerer hvordan en klemring 400 ligger i et slikt spor 512 i et segment 510'. Klemringen 400 er vist i figur 4, og er ikke en del av ringsegmentet 510'.

Når pressbakken er klemt radialt sammen til stillingen vist i figurene 5-7, er klemringen 400 presset inn i sylinderveggen, og sylinderveggen er deformert inn i et ringformet spor 350 i det underliggende godset. I denne stillingen er åpningen i klemringen 400 (eller en tilsvarende klemring 401) på figur 4 klemt sammen.

Figur 5 viser også en annen utførelsesform, der en ringformet rygg 513 har presset sylinderveggen inn i et annet ringformet spor 351 i det underliggende godset.

En klemring 400, 401 og/eller en ringformet pressrygg 513 kan brukes sammen eller hver for seg til å presse sylinderveggen ned i et underliggende ringformet spor 350, 351. I begge tilfeller plasseres presselementet 400, 513 aksialt over en ringformet grop ved at skulderen 511 på pressbakken legges an mot en aksial flate på sylinderen 100. I en foretrukket utførelsesform brukes en klemring 400, 401, som forblir anbrakt omkring sylinderhuset etter at pressbakken er fjernet. I patentkravene betegnes klemring 400, 401 og pressrygg samles som "presselement" fordi de har samme funksjon i denne sammenheng. Fig. 6 viser en radialt sammenpresset pressbakke sett fra siden, og figur 7 viser samme pressbakke sett fra en ende. Niplene 520 illustrerer midler for å feste ringsegmentene til et pressverktøy (ikke vist). Pressverktøyet må kunne presse segmentene sammen med tilstrekkelig kraft til at sylinderveggen deformeres til tettende kontakt i et ringformet spor 350, 351 i det underliggende godset. Kjente pressverktøy for hydrauliske slanger har vist seg egnet for formålet.

Figur 9 er et perspektivriss av ringsegmentet 510' i figur 8.

I en foretrukket utførelsesform er presselementet en klemring 400, 401, for eksempel en stålring, som forblir på sylinderhusets ytre vegg når operasjonen er fullført.

I en fremgangsmåte for bruk av utstyret beskrevet over innføres et endestykke 340 i en sylindrisk ende av et sylinderhus 110. Endestykket har et konkavt ringformet spor 350, 351 langs hele omkretsen av en ytre sylinderflate.

Deretter anbringes en segmentert pressbakke 500 omkring huset. Hvert ringsegment har en rygg tilpasset sporet 351 eller et spor 512 tilpasset en klemring 400, 401. I begge tilfeller frembringes et presselement i omkretsretningen, der presselementet er rettet radialt innover. Den aksiale avstanden mellom en skulder 511 på ringelementet 510 og presselementet 400, 401, 513 tilsvarer avstanden mellom en aksial flate på sylinderhuset og det ringformede sporet.

Skuldrene 511 legges så an mot den aksiale flaten. Dermed plasseres presselementet radialt utenfor det ringformede sporet, og sylinderhusets vegg ligger mellom presselementet som er rettet radialt innover og det konkave ringformede sporet 350, 351 i endestykket eller annet underliggende gods.

Pressbakken 500 må monteres i et pressverktøy (ikke vist) før neste trinn, dersom den ikke allerede er montert. Hvert ringsegment 510 har midler 520 for innmontering i pressverktøyet.

Når endestykket med konkavt ringspor, sylinderhuset vegg og presselementet i pressbakken er arrangert som beskrevet ovenfor, aktiveres pressverktøyet. Dermed beveges presselementet radialt innover inntil sylinderhusets vegg er deformert inn i det konkave ringsporet.

En endehylse kan tres inn på enden. Denne kan hindre klemringen i den foretrukne utførelsesformen beskrevet ovenfor i å ekspandere radialt.

Ovenstående kan gjentas ved den andre enden av sylinderen på tilsvarende måte.

Figur 10 er et tverrsnitt gjennom en stempelstang som består av en hul og sylindrisk ytre kappe 202 og en indre del 600 som er tredd inn i den ytre kappen. Den ytre kappen kan tilvirkes av f eks rustfritt eller syrefast stål og har en ytre sylinderflate 201 med ønsket overflatebeskaffenhet. Sylinderflaten 201 skal danne tettende anlegg mot en aksial boring som beskrevet i forbindelse med figur 1. Den indre delen 600 i figur 10 er også hul, men korrugert langs omkretsretningen. Bølgeformen i figur 10 og andre former der radius varierer langs omkretsen, for eksempel utforminger med andre langsgående typer ribber, gir et stivt legeme med mindre masse enn for eksempel en tilsvarende solid stempelstang laget av rustfritt eller syrefast stål.

Den indre delen trenger ikke være rustfri eller syrefast, og kan utføres i et hvilket som helst egnet materiale, for eksempel stål eller et annet metall med ønsket elastisitets-modul og andre egenskaper. Delen 600 kan for eksempel ekstruderes og herdes i samme operasjon ved valg av riktig materiale.

Den indre delen 600 kan om ønskelig festes i den ytre kappen 202 på kjent måte slik at stempelstangen blir et avstivet skall. Den effektive skalltykkelsen avhenger av forskjellen mellom minste og største radius langs omkretsen. Et indre element 600 som vist i figur 10 kan derved øke stempelstangens stivhet uten at stempelstangens masse øker tilsvarende.

Figur 11 viser et langsgående snitt gjennom en del av stempelstangen i figur 10.

Utførelsesformen i figurene 10 og 11 egner seg til å overføre krefter fremover fra sylinderhuset på stempelet i figurene 1-3. Dette tilsvarer at et trykk pi tilføres gjennom åpningen 310 og virker på flaten 210 som beskrevet i forbindelse med figur 1. Kreftene overføres fortrinnsvis gjennom den indre delen 600, som bør konstrueres for dette formålet. Formen av den indre delen 600 kan ekstruderes. Det overlates til fagmannen å velge materiale og fremstillingsmetode.

I andre anvendelser kan de største lastene på sylinderen skyldes strekk, dvs. krefter som virker fra omgivelsene på stempelstangen, eller bakover fra sylinderen på stempelets flate. Dette tilsvarer at et trykk p2tilføres gjennom åpningen 311 og virker på flaten 220 som beskrevet i forbindelse med figur 1. I slike anvendelser kan den indre delen være en kabel eller vaier 610 som vist i figurene 12 og 13. Den ytre kappen 202 tilsvarer kappen i figurene 10 og 11, mens den indre delen er ytterligere forenklet. Prinsippet er imidlertid likt: Den ytre kappen 202 tilveiebringer ønsket hard-het, ruhet og andre ønskede egenskaper i den ytre flaten 201, mens den indre delen 600, 610 overfører kraft gjennom stempelstangen. Det kan tenkes anvendelser der stempelet er forlenget med et integrert stag. I slike tilfeller har i det minste en aksial del av stempelet 200 som tilsvarer sylinderens slaglengde en overflate 201 med overflateegenskaper som sikrer tettende anlegg gjennom sylinderens fremre åpning.

I begge utførelsesformer vist i figurene 10-13 fremstilles en stempelstang med vesentlig mindre masse enn en solid stang av, for eksempel, rustfritt eller syrefast stål. Ved å tilpasse materiale og utforming av det indre elementet 600, 610 er det mulig å fremstille en stempelstang med like høy eller høyere bøyningsfasthet som en rustfri stålstang, men med vesentlig lavere masse og pris. Lavere masse betyr også at stempelstangen blir lettere å håndtere, hvilket er fordelaktig i mange anvendelser.

Claims (4)

1. Hydraulisk sylinder (100) omfattende et hus (110) med en sylindrisk indre flate (111), et endestykke (340, 341) med en sylindrisk ytre flate anbrakt i kontakt med husets indre flate (111) i hver ende av huset (110), karakterisert vedat: endestykket (340, 341) har et ringformet spor (350, 351) langs hele sin omkrets; husets vegg er tettende deformert ned i det ringformede sporet (350, 351); og en klemring (400, 401) er anbrakt rundt husets vegg radialt utenfor det ringformede sporet (350, 351).

2. Hydraulisk sylinder (100) ifølge krav 1, hvor en endehylse (300, 301) er anbrakt radialt utenfor klemringen (400, 401).

3. Fremgangsmåte for fremstilling av en hydraulisk sylinder (100),karakterisert vedtrinnene: - å innføre et endestykke (340, 341) i en sylindrisk ende av et sylinderhus (110), hvor endestykket (340, 341) har et konkavt ringformet spor (350, 351) langs hele omkretsen av en ytre sylinderflate, - å anbringe en pressbakke (500) omkring huset, der pressbakken (500) omfatter en gruppe ringsegmenter (510, 510') og pressbakken (500) definerer et presselement (400, 401, 513) som forløper radialt innover rundt en indre omkrets av pressbakken, - å anlegge en radialt rettet skulder (511) på pressbakken mot en aksial flate på sylinderhuset, hvorved presselementet (400, 401, 513) anbringes radialt utenfor endestykkets konkave ringspor (350, 351), - å montere pressbakken (500) i et pressverktøy egnet til å frembringe en kraft rettet radialt innover, og - å aktivere pressverktøyet inntil sylinderhusets vegg er deformert inn i det konkave ringsporet (350, 351).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, videre omfattende - å fjerne pressbakken, og - å tre en endehylse (300, 301) inn på sylinderhusets ende.