NO338485B1

NO338485B1 - Undersjøisk hydraulisk koplingsorgan med ytre portvern

Info

Publication number: NO338485B1
Application number: NO20033822A
Authority: NO
Inventors: Iii Robert E Smith
Original assignee: Nat Coupling Co Inc
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2016-08-22
Also published as: GB2392964A; DE10339258A1; GB2392964B; US6637459B1; BR0303437A; GB0319583D0; DE10339258B4; BR0303437B1; NO20033822D0; NO20033822L

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt hydrauliske koplinger og nærmere bestemt hydrauliske koplinger som brukes i forbindelse med undersjøiske bore- og produksjonsapplikasjoner. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen hydrauliske koplingsorganer som har radielle eller vinklede strømningsporter.

Undersjøiske hydrauliske koplinger er kjent i teknikken. Koplingene består generelt av et hannorgan og et hunnorgan med tettede fluidpassasjer derimellom. Hunnorganet er generelt et sylindrisk legeme i en langsgående boring med relativt stor diameter på én ende og en langsgående boring med relativt liten diameter på den andre enden. Den lille boringen letter forbindelsen med hydrauliske ledninger, mens den store boringen griper forskyvbart inn med hannorganet og danner en tettet kopling. Hannorganet omfatter et sylindrisk parti ved én ende som har en ytre diameter som er tilnærmet lik diameteren til den store boringen av koplingens hunnorgan. Hannorganet omfatter også en forbindelse på den andre enden for å lette forbindelsen med hydrauliske ledninger. Når det sylindriske partiet av hannorganet ifølge forskjellige utførelser av anordningen føres inn i den store boringen i hunnorganet, dannes en fluidstrømning mellom hann- og hunnorganene. Koplinger av dette slaget er vist i patenter som eies av National Coupling Company, Inc., Stafford, Texas.

I forbindelse med undersjøiske bore- og produksjonsapplikasjoner, kan koplingens hannorgan festes til en manifoldplate eller annen festeanordning som befinner seg under sjøen på innsiden eller utsiden av en brønnboring. I mange tilfeller er hannorganene posisjonert slik at hvert organs ende eller ledeflate peker vertikalt opp fra sjøbunnen. Hunnorganene, som også kan være festet til en manifoldplate, beveges inn i posisjon over hannorganene og føres over hannorganene av en dykker eller et undersjøisk fartøy. Når hunnorganene er posisjonert på hannorganene, går den hydrauliske strømningen typisk fra koplingens hunnorgan til hannorgan. I visse tilfeller omfatter bare koplingens hunnorgan en tallerkenventil.

Tallerkenventilen omfatter typisk en konisk ventilflate som når den er lukket, ligger an mot et ventilsete i koplingsorganet. Tallerkenventilen åpnes for å tillate fluidstrømning, idet den lukker seg mot ventilsetet i boringen for å stoppe strøm-ningen. Tallerkenventilen er generelt forspent mot den lukkede posisjonen ved hjelp av en fjær. Ventilen kan omfatte en ventilutløser i form av en nese eller støtstang som strekker seg fra toppen av ventilflaten, langs den langsgående aksen av tallerkenventilen.

Ofte er brønnboringene som omfatter koplingene, fulle av rusk. Hannorganet som gjerne blir igjen under sjøen når koplingen koples fra, er utsatt for rusk som samler seg opp i strømningspassasjen. Strømningspassasjene i hannorganet går direkte på tvers av gapet mellom ventilflaten og ventilsetet, noe som er vist i US-patent 4 694 859. Alternativt kan den hydrauliske strømningen gå radielt mellom organene, som vist i US-patent numrene 4 654 780, 5 099 882 og 4 832 080, meddelt Robert E. Smith, III. Begge utførelsene er utsatt for inntregning av rusk. Rusk kan forurense det hydrauliske fluidet eller bevirke til slitasje på tetningene og tetteflatene i hydrauliske koplinger og hydrauliske systemer.

US-patent nr. 5 692 538, meddelt Robert E. Smith, III, beskriver et under-sjøisk hydraulisk koplingsorgan omfattende strømningsporter som er vinklet for å forhindre inntregning av rusk i de hydrauliske ledninger når koplingsorganene er koplet fra hverandre. Koplingen ifølge US-patent nr. 5 692 538 omfatter en sylindrisk passasje der ventilutløseren er anordnet. Selv om koplingen ifølge US-patent nr. 5 693 538 effektivt kan forhindre inntregning av rusk, er det ønskelig å øke det hydrauliske fluidets strømningshastighet gjennom koplingen. I tillegg åpnes tallerkenventilen vist i US-patent nr. 5 692 538 som respons til fluidtrykk, i stedet for et inngrep mellom ventilutløseren og den motsatte ventilutløseren i hunnorganet.

EP 0270302 A1 beskriver en koblingsanordning for kobling av to hule legemer, som for eksempel en beholder og et rør. Koblingen omfatter et første og et andre koblingselement for feste av hver av dem til en åpning til et respektivt legeme. Dermed kan fluid strømme mellom hulrommene i legemene når de er koblet sammen, og er forseglet når de er frakoblet hverandre.

GB 2367338 A beskriver et undersjøisk koblingselement som har skråstilte strømningsporter som hindrer inntrenging av avfallspartikler i tilkoblede hydrauliske ledninger. En portvokter er forbundet med en ventilutløser som lukker strømningsportene dersom en tallerkenventil ikke er åpnet ved sammenkobling med et motstående koblingsstykke.

Det er derfor ønskelig å tilveiebringe en undersjøisk hydraulisk kopling med radielle eller vinklede strømningsporter som bidrar til å forhindre inntrengning av rusk, men som har en høyere strømningshastighet gjennom koplingsorganet, samt en ventilutløser som er innrettet til å åpne ventilen med felles forbindelse med hunnkoplingsorganventilutløseren.

Foreliggende oppfinnelse befinner seg i et undersjøisk hydraulisk koplingsorgan som omfatter et ytre portvern rundt radielle eller vinklede strømningspassa-sjer i innføringsstykket. Når koplingsorganets tallerkenventil er i sin lukkede posisjon, er det ytre portvernet forspent til en posisjon som dekker strømningsportene.

Foreliggende oppfinnelse er særlig egnet til å tilveiebringe et undersjøisk hydraulisk koplingsorgan omfattende: et legeme med en første indre boring som strekker seg derigjennom, et ventilsete i den første indre boringen, og en tallerkenventil som i den normalt lukkede posisjonen hviler mot ventilsetet,

et innføringsstykke som er festet til legemet, som har en ytre sylindrisk overflate og en andre indre boring som strekker seg derigjennom, der den andre indre boringen har mindre diameter enn den første indre boringen, og en ventilport som strekker seg mellom den andre indre boringen og den ytre sylindriske overflaten, hvor

en ventilutløser er festet til tallerkenventilen og som strekker seg gjennom den andre indre boringen, og

et ytre portvern rundt den ytre sylindriske overflaten av innføringsstykket, idet portvernet er forspent til en normalt lukket posisjon som stenger ventilporten.

Foreliggende oppfinnelse er videre egnet til å tilveiebringe et undersjøisk hydraulisk koplingsorgan hvor koplingsorganet omfatter: et sylindrisk legeme som har en trinnvis ytre overflate med en første ende og en andre ende, en trinnvis indre boring som strekker seg derigjennom, en ventil i den trinnvise indre boringen, en ventilutløser som er festet til ventilen og som strekker seg ut gjennom den første enden av legemet, og et flertall strømnings-porter mellom den trinnvise indre boringen og trinnvise ytre overflaten ved siden av den første enden av legemet, og

et portvern som er festet til det sylindriske legemet i en første posisjon som dekker strømningsportene, idet portvernet er forskyvningsbart til en andre posisjon som ikke dekker strømningsportene.

Foreliggende oppfinnelse er videre egnet til å tilveiebringe et koplingsorgan omfattende: (a) et hannorgan som har et legeme med en første indre boring som strekker seg derigjennom, et sylindrisk innføringsstykke som strekker seg fra den første enden av legemet og som har en andre indre boring som er mindre i diameter enn den første indre boringen, hvor (b) et flertall vinklede strømningsporter strekker seg utover fra den andre indre boring av innføringsstykket, og (c) et hylseformet portvern som er løsbart festet til innføringsstykket, der portvernet har en indre overflate med mindre diameter og en indre overflate med større diameter, en fjær mellom portvernet og legemet for å presse portvernet inn i en utstrekkende posisjon, hvori den indre overflaten med mindre diameter er posisjonert radielt over de vinklede strømningsportene, der fjæren kan komprimeres for å forskyve portvernet til en tilbaketrukket posisjon der den indre overflaten med større diameter er posisjonert radielt over de vinklede strømnings-portene.

Figur 1 viser et langsgående snitt gjennom et hannorgan av en kopling ifølge en utførelse av oppfinnelsen.

Som vist på figur 1, omfatter hannkoplingsorgan 10 et hovedlegeme 11 og et innføringsstykke 12, der innføringsstykket har mindre ytre diameter enn hovedlegemet. Den første enden eller lederflaten 13 av hannkoplingsorganet er typisk orientert slik at det peker opp fra sjøbunnen, idet den andre enden 14 av hannkoplingsorganet kan være festet til en manifoldplate ved hjelp av gjenger eller på an-net vis. En indre boring 15 strekker seg gjennom hannorganet og omfatter i én utførelse et gjenget boringsparti 16 for forbindelse med hydrauliske ledninger, et første parti 17, en ventilboring 18 med en mindre diameter enn det første partiet, og en ventilutløsningsboring 19 som har mindre diameter enn ventilboringen. Ventilutløserboringen strekker seg til den indre skulder 20 ved siden av den første enden av hannkoplingsorganet. Et konisk ventilsete 21 er posisjonert ved siden av hovedlegemets ene ende, mellom ventilboringen og ventilutløserboringen. Ventilsetet kan være en avsmalende skulder. Hannorganet omfatter en ventiltallerken 22 som har en generelt sylindrisk utforming med en konisk ventilflate 23 som tetter mot ventilsetet. Tallerkenventilen er forspent mot den lukkede posisjonen ved hjelp av en ventilspiralfjær 24. Ventilfjæren er festet ved hjelp av fjærkragen 25 som kan holdes på plass ved hjelp av en smekkring eller klemme 26.

Fra toppen av den koniske ventilflaten strekker det seg en ventilutløser 27.

I én utførelse av oppfinnelsen har ventilutløseren en ytre diameter som er 50% eller mindre enn diameteren til ventilutløserboringen. Diameteren til ventilutløseren kan være dimensjonert til å optimere strømningshastigheten av det hydrauliske fluidet gjennom den hydrauliske koplingens hannorgan.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er tallerkenventilen posisjonert i hannorganets hovedlegeme i stedet for innføringsstykket. Ved å anordne tallerkenventilen i hovedlegemet kan den ytre diameteren av innføringsstykket reduseres, idet koplingsorganets vekt kan reduseres uten å redusere strømningshastigheten av hydraulisk fluid gjennom koplingen. Foreliggende oppfinnelse kan derfor fordel-aktig brukes i undersjøiske hydrauliske koplinger der redusert størrelse og forbed-rede strømningshastigheter er ønsket.

I én utførelse av oppfinnelsen strekker strømningsportene 28, 29 seg mellom ventilutløserboringen og den ytre flaten 30 av innføringsstykket. Strømnings-portene kan være radielle eller vinklede. Dersom strømningsportene er vinklede, som vist på figur 1, vil den første eller indre enden av strømningsporten befinne seg ved siden av ventilutløserboringen, nær den første enden eller ledende flaten til hannorganet. Den andre eller ytre enden til strømningsporten, ved den ytre flaten av innføringsstykket, er ytterligere adskilt fra den første enden eller ledende flaten til hannorganet. I én utførelse av oppfinnelsen kan strømningsportene være 0,16 cm (1/16 tomme) i diameter og adskilt med jevne mellomrom rundt innførings-stykket. Når ventilutløseren bevirker til å åpne tallerkenventilen, kan hydraulisk fluid føres gjennom strømningsportene og gjennom den indre boringen av hannkoplingsorganet. I én utførelse av oppfinnelsen strekker ventilutløserens spiss 39 seg gjennom boringspartiet 40 og flaten eller første ende av koplingsorganet. Hannorganets tallerkenventil kan åpnes ved å påføre en mekanisk kraft på ventilutløseren, innbefattet en gjensidig kopling mellom ventilutløserspissen og ventilutløseren til det tilsvarende hunnkoplingsorganet. I utførelsen vist på figur 1 vil bare innføringsstykket av hannorganet slippe inn i hunnorganet. Når koplingsorganene er fullstendig sammenkoplet, vil hovedlegemet og tallerkenventilen til hannorganet holde seg på utsiden av hunnorganets mottagende kammer.

I én utførelse av oppfinnelsen, når hannorganet løsnes fra hunnorganet, omfatter det ytre portvernet 31 en hylse som er forspent til en posisjon som dekker den andre eller ytre enden av strømningsportene. I den normalt lukkede posisjonen vil det ytre portvernet holde medført rusk fra å slippe inn i strømningsportene og den indre boringen av hannkoplingsorganet. I én utførelse har det ytre portvernet en generelt sylindrisk ytre overflate 32 og en trinnvis, indre overflate som omfatter en første indre overflate 33, en andre indre overflate 34, der den andre indre overflaten har større indre diameter enn den første indre overflaten, samt en tredje indre overflate 42 som også har større indre diameter enn den første indre overflaten. Det befinner seg indre skulder 35, 36 på begge sider av den første indre overflaten. I én utførelse, når det indre portvernet er forspent til den normalt lukkede posisjonen, er den første indre overflaten posisjonert radielt over den andre enden eller ytre enden av strømningsportene og blokkerer innløp av rusk i strømningsportene. For å forspenne eller presse det ytre portvernet til den normalt lukkede posisjonen, kan fjæren 37 strekke seg mellom skulderen 38 på hann-organlegemet og skulderen 36 på det ytre portvernet. Klemmen 41 tilveiebringer en ytre anleggsflate eller skulder ved siden av den første enden av innførings-stykket, for å begrense den langsgående posisjonen av det ytre portvernet.

Ved påføring av en langsgående kraft mot det ytre portvernet, komprimeres fjæren 36 og presser det indre portvernet til en åpen posisjon. I den åpne posisjonen vil den andre indre overflaten til det ytre portvernet være posisjonert radielt over strømningsportene, som vil ha en indre diameter som er tilstrekkelig mye større enn den ytre diameteren av innføringsstykket, slik at hydraulisk fluid kan strømme mellom det ytre diameteren av innføringsstykket og den andre indre overflaten. Den langsgående posisjonen til det andre portvernet kan begrenses av skulderen 37.

Det ytre portvernet ifølge foreliggende oppfinnelse kan stenge strømnings-portene i innføringsstykket og hindre innløp av rusk når koplingen er frigjort og hannorganet befinner seg i neddykket tilstand. Det ytre portvernet kan åpnes når innføringsstykket er i det mottagende kammeret av hunnorganet. Det ytre portvernet kan åpnes ved å kontakte det mottagende kammeret eller skulderen i hunnorganet.

Mens foreliggende oppfinnelse er blitt beskrevet med hensyn til et begren-set antall utførelser, vil fagmannen kunne tenke seg et antall modifikasjoner og variasjoner. Det er meningen at de vedføyde krav dekker alle modifikasjoner og variasjoner som faller innenfor oppfinnelsens idé og ramme.

Claims

1. Undersjøisk hydraulisk koplingsorgan omfattende: et legeme med en første indre boring (18) som strekker seg derigjennom, et ventilsete (21) i den første indre boringen (18), og en tallerkenventil (22) som i den normalt lukkede posisjonen hviler mot ventilsetet (21), et innføringsstykke (12) som er festet til legemet (11), som har en ytre sylindrisk overflate og en andre indre boring (19) som strekker seg derigjennom, der den andre indre boringen (19) har mindre diameter enn den første indre boringen (18), og en ventilport (28, 29) som strekker seg mellom den andre indre boringen (19) og den ytre sylindriske overflaten,karakterisert vedat en ventilutløser (27) er festet til tallerkenventilen (22) og som strekker seg gjennom den andre indre boringen (19), og et ytre portvern (31) rundt den ytre sylindriske overflaten av innføringsstykket (12), idet portvernet (31) er forspent til en normalt lukket posisjon som stenger ventilporten (28, 29).

2. Undersjøisk hydraulisk koplingsorgan ifølge krav 1, karakterisert vedat ventilporten (28, 29) er vinklet.

3. Undersjøisk hydraulisk koplingsorgan ifølge krav 1, karakterisert vedat det ytre portvernet (31) er en hylse med en trinnvis indre overflate som omfatter en første indre overflate (33), som blokkerer ventilporten (28, 29) i den normalt lukkede posisjonen.

4. Undersjøisk hydraulisk koplingsorgan ifølge krav 1, karakterisert vedat det ytterligere omfatter en fjær (37) mellom det ytre portvernet (31) og legemet for å for-spenne det ytre portvernet (31) mot den normalt lukkede posisjonen som stenger ventilporten (28, 29).

5. Undersjøisk hydraulisk koplingsorgan ifølge krav 1, karakterisert vedat det ytre portvernet (31) strekker seg langs innføringsstykket (12).

6. Undersjøisk hydraulisk koplingsorgankarakterisert vedat koplingsorganet omfatter: et sylindrisk legeme som har en trinnvis ytre overflate med en første ende og en andre ende (14), en trinnvis indre boring som strekker seg derigjennom, en ventil (22) i den trinnvise indre boringen (15), en ventilutløser (27) som er festet til ventilen (22) og som strekker seg ut gjennom den første enden av legemet, og et flertall strømningsporter (28, 29) mellom den trinnvise indre boringen (15) og trinnvise ytre overflaten ved siden av den første enden av legemet, og et portvern (31) som er festet til det sylindriske legemet i en første posisjon som dekker strømningsportene (28, 29), idet portvernet (31) er forskyvningsbart til en andre posisjon som ikke dekker strømningsportene (28, 29).

7. Undersjøisk hydraulisk koplingsorgan ifølge krav 6, karakterisert vedat portvernet (31) er forspent til den første posisjonen som dekker strømningsportene (28, 29).

8. Undersjøisk hydraulisk koplingsorgan ifølge krav 6, karakterisert vedat portvernet (31) har en trinnvis indre sylindrisk overflate (33, 34, 42) med en første indre overflate (33) som dekker strømningsportene (28, 29) i den første posisjonen.

9. Undersjøisk hydraulisk koplingsorgan ifølge krav 6, karakterisert vedat portvernet (31) strekker seg fra den første enden av det sylindriske legemet i den første lukkede posisjonen.

10. Undersjøisk hydraulisk koplingsorgan ifølge krav 6, karakterisert vedat strømningsportene (28, 29) er vinklet.

11. Undersjøisk hydraulisk koplingsorgan ifølge krav 6, karakterisert vedat det ytterligere omfatter en indre skulder (36) i portvernet (31), en ytre skulder (38) på det sylindriske legemet, og en fjær (37) mellom den indre skulderen (36) i portvernet (31) og den ytre skulderen (38) på det sylindriske legemet.

12. Undersjøisk hydraulisk koplingsorgan ifølge krav 6, karakterisert vedat portvernet (1) har en trinnvis indre sylindrisk overflate (33, 34, 42) med en første indre overflate (33) som dekker strømningsportene (28, 29) i den første posisjonen, idet portvernet (31) har en andre indre overflate (34) som har en indre diameter som er større enn den ytre sylindriske overflaten ved siden av den første enden av legemet.

13. Koplingsorgan omfattende: (a) et hannorgan som har et legeme med en første indre boring (18) som strekker seg derigjennom, et sylindrisk innføringsstykke (12) som strekker seg fra den første enden av legemet og som har en andre indre boring (19) som er mindre i diameter enn den første indre boringen (18),karakterisert vedat (b) et flertall vinklede strømningsporter (28, 29) strekker seg utover fra den andre indre boring (19) av innføringsstykket (12), og (c) et hylseformet portvern (31) som er løsbart festet til innføringsstykket (12), der portvernet (31) har en indre overflate med mindre diameter og en indre overflate (34) med større diameter, en fjær (37) mellom portvernet (31) og legemet for å presse portvernet (31) inn i en utstrekkende posisjon, hvori den indre overflaten (33) med mindre diameter er posisjonert radielt over de vinklede strømningsportene (28, 29), der fjæren (37) kan komprimeres for å forskyve portvernet (31) til en tilbaketrukket posisjon der den indre overflaten (42) med større diameter er posisjonert radielt over de vinklede strømningsportene (28, 29).

14. Koplingsorgan ifølge krav 13, karakterisert vedat det ytterligere omfatter en tallerkenventil (22) i den første indre boringen (18).

15. Koplingsorgan ifølge krav 14, karakterisertvedatdet ytterligere omfatter en ventilutløser (27) som strekker seg fra tallerkenventilen (22) gjennom den andre indre boringen (19).

16. Koplingsorgan ifølge krav 13, karakterisertvedat portvernet har en indre skulder, idet fjæren griper inn med den indre skulderen.