NO340851B1 - Konnektor - Google Patents

Description

Konnektor

Oppfinnelsen vedrører en konnektor og nærmere bestemt en konnektor som er egnet for bruk offshore og mer bestemt i forbindelse med undervannskoblinger, og mer spesifikt en konnektor som kan hurtig frakobles i en nødssituasjon.

Offshore boreoperasjoner krever vanligvis et antall koblinger mellom tilstøtende utstyr slik som for eksempel en kobling mellom en produksjonsledning for transport av hydrokarboner fra en brønn og et nav montert på et ventiltre på brønnhodet eller stigerøret og fundamenterende foringsrørstreng. Slike koblinger må være i stand til å tilveiebringe en tetning mellom de forskjellige komponenter slik at fluider som strømmer gjennom de respektive komponenter ikke vil lekke ut i den omgivende sjø. Videre må koblingene være i stand til å motstå høye bøyemomenter og/eller strekkfasthetslaster siden komponentene er utsatt for bevegelse på grunn av ekstreme forhold, og spesielt høye trykk ved hvilke de er konstruert for å fungere.

Fartøyer blir ofte brukt ved undervannsboring og intervensjonsoperasjoner hvorfra et stivt stigerør blir opphengt i sjøen og den frie enden til stigerøret er forbundet gjennom et nav til en undervannskonstruksjon slik som navet (eller senteret) til et ventiltre. Dette gjør at fluider slik som behandlingsfluider eller verktøy blir ført ned i det undervanns brønnhode og også for produserte fluider slik som hydrokarboner for strømning gjennom stigerøret til overflaten for utvinning.

Fra det tidspunkt at oppkoblingen er foretatt inntil koblingen blir brutt ved frigjøring av den frie enden av stigerøret fra navet til brønnhodet, er fartøyet på overflaten fysisk forbundet til sjøbunnen med det stive stigerør. Det er vesentlig at fartøyet opprettholder en posisjon rett over koblingen mellom stigerøret og navet for å unngå at bøyebelastningene erfart tvers over koblingen blir for store til det punkt hvor de kunne kompromittere koblingen eller skade stigerøret. Posisjonen til fartøyet blir påvirket av de rådende forhold. Fartøyer bruker for tiden global posisjonerende satellitteknologi for å opprettholde deres posisjon over koblingspunktet for det nedhengende stigerør. Dersom den hendelse opptrer at motorkraft går tapt i fartøyet eller en situasjon hvor posisjoneringsutstyret svikter, kan imidlertid fartøyet svært hurtig drifte ut av posisjon og både sikkerheten til fartøyet og utstyret vil bli kompromittert på grunn av den fysiske forbindelse mellom fartøyet og sjøbunnen.

Under slike omstendigheter er det vesentlig at ventilene som styrer strømningen gjennom stigerøret blir avstengt før stigerøret blir frakoblet ettersom fluider i stigerøret ellers kan strømme ned i sjøen eller at fluider produsert under trykk fra brønnhodet kan bli frigjort.

Hydrauliske konnektorer for kobling av komponenter på undervannsutstyr har eksistert i mange år. Disse konnektorer betjenes vanligvis på det prinsipp at en eller begge sammenpassende deler har et låseprofil maskineri i seg. Låseinnretninger som er sikkert festet til en sammenpassende halvdel funksjonerer på en måte som at de griper med hverandre og danner del av lastbanen som fester de to komponenter sammen.

Generelt kan disse konnektorer bli delt i de som skaper en positiv kompresjonslast over grenseflaten slik at forbelastning av koblingen mot spenningsvariasjoner og separasjon som skyldes påfølgende ekstern belastning, og de som ganske enkelt skaperen mekanisk lås som vil bevege seg og separere under belastning innenfor grensene til de fysiske gap og materialstrekk.

En metode som ofte brukes på slike konnektorer er en konfigurasjon hvor låseinnretningene opptas i forsenkninger/fordypninger i en komponent og blir forflyttet innover eller utover gjennom fordypningen for å gripe med den sammenpassende profil på den sammenpassende komponent.

En annen vanlig konfigurasjon har låseinnretningene som strekkelementer som er montert på en av de sammenpassende komponenter og ved funksjonering beveger seg inn i en posisjon hvor de samtidig griper med profilet i den sammenpassende komponent og låser så de to sammen. Et eksempel på en slik konnektor er kjent fra WO 03/048512. Ytterligere eksempler på teknikkens stand er representert ved GB 2104170 A, US 2003168857 A1 og US 4441741

A.

Mange kritiske applikasjoner krever en forbelastet kobling for å:

1. Beskytte mot lekkasjer som skyldes separering av de sammenpassende komponenter under last; 2. Hindre relevant bevegelse av komponenter som kunne resultere i pasningsslitasje mellom flatene og slik skade delene, og 3. Hindre spenningsfluktuasjoner som kunne medføre for tidlig komponentsvikt pga utmatting.

For forbelastede koblinger benytter begge de ovenfor nevnte konfigurasjoner en eller annen form for påført mekanisk kraft for å tvinge låseinnretningene inn i stilling og når dette gjøres generere en kompresjonskraft mellom de to sammenpassende komponenter. Det er vanlig praksis for denne kraft å bli påført ved hjelp av hydrauliske sylindere som virker direkte på en kam-ring, som i sin tur virker på låseinnretningene. For å generere tilstrekkelig forbelastning vil grenseflaten mellom kam-ringen og låseringen vanligvis være utformet slik at kontaktflatene er ved en liten vinkel slik at det gis en mekanisk fordel ved hjelp av en kilevirkning.

Kilevirkningen benyttet til å generere konnektorens forbelastning krever at aktiviseringskammen og dermed den hydrauliske sylinder har et forholdsvis langt slag for først å forflytte låseinnretningene fra en fullstendig frakoblet posisjon til første kontakt og videre til full forbelastning. Under oppsetting av konnektoren er dette lange slag ikke noen spesiell sak annet enn det fysiske rom som kreves for å oppta den. I noen bestemte applikasjoner er imidlertid tiden tatt for å frakople konnektoren kritisk ettersom den danner del av en sekvens av handlinger som må finne sted automatisk for å lukke og sikre en brønn og frakople fartøyet fra den undervanns infrastruktur.

I tillegg må den totale konnektorgrenseflatedesign være slik at når fråkopling har funnet sted vil konnektoren løsgjøre seg og komme bort fritt uten å huke og bevirke skade som ville hindre etterfølgende kopling igjen.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en konnektor som overvinner eller i det minste imøtegår de ovenfor nevnte problemer.

Det er et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en kopling som kan hurtig frigjøres dersom en nødssituasjon skulle oppstå.

I samsvar med et aspekt ved den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en konnektor for å sammenkople komponenter som har samvirkende flater, hvilken konnektor omfatter innretninger for å låse sammen rørs samvirkende flater, hvilke låseinnretninger er bevegbare mellom åpen og låst stilling, aktiviseringsinnretningerfor å bevege låseinnretningene inn i den låste stilling og innretninger for å holde på låseinnretningene i den låste stilling når aktiviseringsinnretningene trekkes tilbake, kjennetegnet ved at arrangementet er slik at når de tilbakeholdende innretninger blir tatt bort returnerer låseinnretningene til en ikke låst stilling som dermed tillater separering av de samvirkende flater uten huking av komponentene.

Med fordel er slaget til de tilbakeholdende innretninger for å frigjøre låseinnretningen kortere enn slaget til de aktiviserende innretninger for å bevege låseinnretningene inn i deres låste stilling.

Med fordel blir de tilbakeholdende innretninger og aktiviseringsinnretningene forflyttet med respektive stempler.

Med fordel blir stemplene aktivisert hydraulisk.

Mer fordelaktig er volumet med hydraulisk fluid som kreves for å frigjøre de tilbakeholdende innretninger mindre enn volumet av fluid som kreves for å plassere aktiviseringsinnretningene for å bevege låseinnretningene inn i deres låste stilling.

Fordelaktig er kraften som kreves for å frigjøre de tilbakeholdende innretninger mindre enn den nødvendig for å utplassere aktiviseringsinnretningene for å bevege låseinnretningen inn i deres låste stilling.

Med fordel er spenninnretninger anordnet for å presse låseinnretningene inn i den åpne stilling.

Med fordel er innretninger anordnet for å forspenne låseinnretningene.

Fortrinnsvis omfatter forspenningsinnretningene innretninger for å øke lengden til låseinnretningene.

Hensiktsmessig omfatter forspenningsinnretningene en hydraulisk sylinder montert inne i låseinnretningene.

Alternativt er aktiviseringsinnretningene utstyrt med en profilert overflate som samvirker med en profilert overflate på låseinnretningene for å forspenne låseinnretningene når de blir forflyttet inn i låst stilling.

Med fordel omfatter låseinnretningene et antall paler svingbart montert til en av komponentene.

Med fordel har også antallet med paler en klemmende flate som danner en stort sett kontinuerlig ring når den er i låst stilling.

Med fordel omfatter aktiviseringsinnretningene en ringformet krave som er glidbart montert på en av komponentene.

Hensiktsmessig er aktiviseringsinnretningene montert under låseinnretningene og blir hevet for å forflytte låseinnretningene inn i låst stilling.

Med fordel omfatter holdeinnretningene en ringformet krave.

Med fordel er den ringformede krave glidbart montert over låseinnretningene.

Hensiktsmessig omfatter konnektoren første og andre rørledninger tilpasset til å bli montert på et stigerør og undervannsinstallasjon respektivt på hvilke rørledninger er de samvirkende flater anordnet.

Utførelser av den foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet gjennom eksempler med henvisning til de vedlagte tegninger som er: Fig. 1 er et skjematisk snittriss av en konnektor i samsvar med en side av den foreliggende oppfinnelse i en åpen stilling; Fig. 2 er et perspektivisk riss av en låseinnretning på konnektoren ifølge fig. 1; Fig. 3 er et perspektivisk riss av låseinnretningen ifølge fig. 2 montert i en blokk; Fig. 4 er et skjematisk snittriss av konnektoren ifølge fig. 1 i en låst tilstand; Fig. 5 er et skjematisk riss av konnektoren ifølge fig. 1 med holdeinnretningene utplassert; Fig. 6 er et skjematisk riss av konnektoren ifølge fig. 1 med låseinnretningene frigjort; Fig. 7 er et skjematisk riss av låseinnretningene ifølge fig. 6 når konnektoren er frikoplet; Fig. 8 er et skjematisk riss av den nedre del av en konnektor ifølge fig. 1; Fig. 9 er et skjematisk riss ovenfra av den nedre del av konnektoren ifølge fig. 8; Fig. 10 er et skjematisk riss bakfra av en alternativ låseinnretning av konnektoren; Fig. 11 er et frontriss av låseinnretningen ifølge fig. 10; Fig. 12 er et frontriss av en ytterligere alternativ låseinnretning av konnektoren; Fig. 13 er et skjematisk riss av låseinnretningene ifølge fig. 12 montert på den nedre rørledning på konnektoren; Fig. 14 er et skjematisk perspektivriss av en undervannsinstallasjon med den nedre del av konnektoren ifølge fig. 1 i posisjon; Fig. 15 er et skjematisk perspektivriss av undervannsinstallasjonen ifølge fig. 14 med den øvre halvdel av konnektoren ifølge fig. 1 tatt bort; Fig. 16 og 16a er skjematiske perspektivriss av en alternativ låseinnretning ifølge den foreliggende oppfinnelse i en første, ikke låst stilling; Fig. 17 og 17a er skjematiske perspektivriss av den alternative låseinnretning ifølge fig. 16 og 16a i en andre, låst stilling, og

Fig. 18 er skjematiske perspektivriss av et forstørret områd av fig. 17a.

Nå med henvisning til figurene er det vist i fig. 1 en konnektor 1 som er egnet til kobling av et stivt stigerør opphengt fra et overflatefartøy til en undervannsinstallasjon slik som for eksempel senteret til et brønnhode eller intervensjon BOP.

Konnektoren omfatter øvre og nedre ringformede rørledninger 2, 3 tilpasset til å bli montert på den frie enden av stigerøret og toppen av

undervannsinstallasjonen respektivt. Alternativt kan den øvre og nedre rørledning være integrert med stigerøret og et senter eller annen komponent på undervannsinstallasjonen.

For formålet med den følgende beskrivelse er rørledningen montert på den frie enden av stigerøret beskrevet som den øvre rørledning 2 og rørledningen monter på undervannsinstallasjonen er beskrevet som den nedre rørledning 3. I noen andre applikasjoner kunne naturligvis de øvre og nedre rørledninger være omvendt.

I den viste utførelsen avslutter den nedre enden av den øvre rørledning i en ringformet flens 4 som har en tilspisset øvre overflate 5 som heller ned fra den ytre overflate av rørledningen til den ytre kant av flensen. Undersiden av flensen er underskåret 6 for å gi en avtrappet konfigurasjon på endeflaten til rørledningen slik at det sentrale parti 7 av den ringformede rørledning stikker ut forbi den underskårne flate. Overgangen 8 fra den underskårne flate til det sentrale parti på den ringformede rørledning er forsynt med en hellende ringformet flate som heller fra underskjæringen mot det sentrale parti.

En andre ringformet flens 9 er anordnet rundt den ytre overflate til rørledningen, den andre flens er plassert i avstand fra og posisjonert over sluttflensen 4. Den andre flens har et i hovedsak rektangulært tverrsnitt.

Den øvre endeflate til den nedre rørledning har et ringformet sentralt parti 10 som er forsenket inn i endeflaten til den nedre rørledning og en overgang 11 fra det sentrale parti til hovedendeflaten er forsynt med en hellende ringformet flate som heller fra det sentrale parti til hovedendeflaten. Derfor, når endeflatene til den øvre og nedre rørledning blir brakt sammen, støter hovedflaten til den nedre rørledning mot underskjæringen 6 på flensen til det øvre parti og det sentrale parti 7 på den øvre rørledning stikker inn i detforsenkede sentrale parti 10 til den nedre rørledning.

Overgangsflaten 8 til en rørledning støter mot eller engasjerer nært med overgangsflaten 11 til den andre.

I den viste utførelse er en tetningsinnretning slik som for eksempel en pakning 50 montert mellom endeflatene til den øvre og nedre rørledning. Pakningen kan monteres til endeflaten til den øvre rørledning og denne er vist i nærmere detalj i fig. 7. Endeflatene til den ene eller både den øvre og nedre rørledning kan forsenkesforå motta pakningen. Forsenkningen 51 i den nedre rørledning er også vist i fig. 7. Pakningen kan med fordel ha en ringform med en ringformet vulst 52 forsynt rundt dens ytre overflate.

Pakningen tilveiebringer en fluidtett tetning mellom den øvre og nedre rørledning.

Den øvre og nedre rørledning er omgitt av øvre og nedre rammeelementer 12, 13 på konnektoren. Innretninger er anordnet for å etablere en hydraulisk forbindelse tvers over rammeelementene. I utførelsen vist er en eller flere boringer 14, elle åpninger, anordnet i det øvre rammeelement som korresponderer i stilling med boringer eller åpninger 15 anordnet i det nedre rammeelement.

Det øvre rammeelement 12 omfatter et hovedhus 120 som fortrinnsvis er rørformet og omgir den øvre rørledning eller kan alternativt omgi stigerøret eller andre komponenter til hvilke den øvre rørledning er montert i noen utførelser.

I tillegg omfatter det øvre rammeelement en ringformet flens 121 som omgir huset 120. Den ringformede flens forløper i hovedsak horisontalt fra huset og avslutter i en oppad vendt rand 122.

I den viste utførelsen har randen en første komponent 123 som forløper i hovedsak vertikalt til flensen 121 og en andre komponent 124 som med fordel er integrert med den første, som forløper oppad fra den første komponent, men avsmalner innad mot huset.

Overgangen mellom den ringformede flens 121 og den tilspissede andre komponent danner en albue 125. Den ytre overflate til albuen er betydelig krummet mellom den ringformede flens 121 og den første komponent, i hovedsak rett i området til den første komponent og vinklet mellom den første og andre komponent.

Boringene 14 eller åpningene er formet i den ringformede flens 121.

Det nedre rammeelement 13 er anordnet på sin øvre flate med et ringformet hus som omfatter et basisparti 130 i hvilke boringer eller åpninger 15 er tildannet. En omkretsmessig vegg 131 omgir basisen og forløper i hovedsak vertikalt (i bruk) fra basisen. I noen utførelser kan den omkretsmessige vegg avsmalne svakt innad mot sentret til basisen.

En trakt 132 rager fra den øvre enden av den omkretsmessige vegg. Trakten 132 er med fordel integrert formet med den omkretsmessige vegg. Trakten avsmalner utad fra den omkretsmessige vegg og tilveiebringer en føring for den øvre rørledning når den blir senket mot den nedre rørledning for kopling.

En stort sett horisontal ringformet rand 133 omgir den øvre kant av trakten 132. Randen er med fordel integrert formet med trakten.

Et antall styringskoplere 16 er montert i sylindere 17 inne i boringer i det nedre rammeelement, idet hver sylinder inneholder en kopler 16 som kan forlenges inn i den korresponderende boring i det øvre rammeelement.

De hydrauliske styringskoplere trekkes tilbake under overflaten til det nedre rammeelement inntil det øvre rammeelement er i posisjon slik at de ikke hindrer anlegget av rammeelementene og å hindre skade på konnektorene under innsettelse.

En ytterligere fordel med at de hydrauliske styringskoplere blir trukket tilbake før kopling er at de effektivt sperrer boringene i det nedre rammeelement, som derved hindrer rusk i å tilstoppe boringene under innsettelsesprosessen og, ved trykkutligning, samtidig tillater de hydrauliske tilførselsledninger å bli trykktestet mot de hydrauliske kopiere uten det øvre rammeelement på plass. Innretninger er anordnet for å låse endeflatene på de øvre og nedre rørledninger sammen for å tilveiebringe en sikker kopling mellom stigerøret og undervannsinstallasjonen. I det viste eksempel omfatter låseinnretningene et antall paler 18 som er svingbart montert nær ved den øvre enden av den nedre rørledning. Hver pal er svingbarfra en åpen posisjon vist i fig. 1 i hvilken palen forløper utad fra den nedre rørledning til en låst stilling som vist i fig. 4 i hvilken palen ligger i hovedsak parallelt med den aksiale retning til den nedre rørledning og griper med den nedre flens til den øvre rørledning som vil bli ytterligere beskrevet nedenfor.

Palene 18 har et stort sett langstrakt rektangulært legeme med en åpning 19 i en ende for å oppta en svingtapp 20. I noen utførelser kan svingtappen være integrert med hoveddelen til palen. Enden til hoveddelen lengst fra åpningen har et utvidet hode 21 som stikker ut på tvers ved rette vinkler til hoveddelen for å tilveiebringe et par skuldre 22. Et avtrappet område 23 er anordnet på hodet til palene med en hellende overgang 24 mellom hodet og det avtrappede området som korresponderer i dybde med den hellende flate 5 på den avsluttende flens 4 på den øvre rørledning.

Det avtrappede område 23 stikke ut forbi enden til hodet på palen for å danne en forsenkning 25 i den øvre enden av palen. I noen utførelser kan det avtrappede området være integrert med hodet til palen. Den øvre overflate 26 til det avtrappede området er bueformet og passer med formen til kurvaturen til den øvre rørledning slik at når palene er i deres låste stilling tilveiebringer de en stort sett lukket ring rundt den øvre rørledning til konnektoren.

Alternativt kan den øvre flate på det avtrappede området være rett, idet palene danner en serie med flater som passer sammen med likeledes maskinerte flate områder av den øvre rørledning for å danne et lukket heksagon, pentagon eller annen polygonal form som passer med antallet paler.

Den ytre overflate 27 på palene er tilspisset utad fra enden med åpningen til skulderen som vil bli diskutert videre nedenfor.

Hver pal er montert på en svingtapp 20 til en individuell svingblokk 28. Svingblokken er formet slik at den er nær ved hver side av den nedre enden av palen. Svingtappen 20 passerer gjennom en side av svingblokken, den nedre enden av palen og videre gjennom den andre siden av svingblokken. Svingblokk & pal-enheten blir så montert inn i de sammenpassende fordypninger 29 i siden til den nedre rørledning i en konfigurasjon der den aksiale last på palen under betjening nås direkte inn i hoveddelen til den nedre rørledning.

Svingtappen kan være en separat komponent som beskrevet ovenfor eller være et sylindrisk nav maskiner direkte inn i den nedre seksjon av pal-materialet. I dette tilfellet ville svingblokken være delt og ville gripe med hvert av de integrerte nav eller boss.

Palene kan være presset til den åpne stilling ved hjelp av tyngden alene ettersom designutformingen vist er montert i den vertikale stilling. Alternativt kan en spenninnretning (ikke vist) slik som for eksempel i form av spennfjærelementer være anordnet for å presse palene inn i den åpne stilling. En fråkopling utført med påført spenn og bøyning som ville skje i en nødsopplåsning ville virke til å kaste med kraft palene til den åpne stilling. En fråkopling under kontrollerte tilstander som også kunne skje ville fortrinnsvis inkorporere en spenninnretning som beskrevet ovenfor. Alternativt kan en torsjonsfjær inkorporeres ved palens svingepunkt.

Aktiviseringsinnretninger er anordnet for å tvinge palene fra den åpne stilling til den låste stilling mot spennet i spenninnretningene. Aktiviseringsinnretningene i det illustrerte eksempel er en stort sett ringformet krave 30.

Den indre overflate av kraven har en stort sett konisk profil med en grunn avsmalning.

Spalter 31 er skåret inn i den indre profil av kraven 30 for å skape en fordypning. Denne fordypning tilveiebringer et rom for palene 18 når i åpen stilling for slik å tillate dem å bevege seg tilbake til deres helt åpne stilling. Kanten 32 i bunnen av denne fordypning som berører på baksiden av palene virker til å løfte palene fra helt åpen til lukket med fortsatt aksial bevegelse av kraven.

Den grunne avsmalning griper med det korresponderende profil på ryggen 27 til palene (etter at kraven har dreid palene stort sett til deres endelige stilling) og genererer høye forspenningskrefter ved hjelp av en kilevirkning.

En øvre flens 33 er anordnet på utsiden av kraven under hvilken aktiviserende sylindre er montert. Sylindrane 34 virker på denne flens for å presse kraven oppad. Kraven kan også bli utformet med individuelle sylindriske fordypninger for å romme de individuelle sylindere hvor sylinderne er fullstendig montert i fordypningen eller fordypningen i seg selv er danner en trykkholdende vegg i sylinderen.

En ytterligere profilert ringformet ring 35 er festet til den øvre overflate 26 av palene og den indre overflate av den ytterligere ring 35 gir en stort sett glatt konisk flate som er fri for fremspring som kan bli fanget av den øvre halvdel ved frigjøring og fri for alle vesentlige huller/hulrom inn i hvilke del av den øvre kan innfanges. Dette trekk er designet for å sikre at ved frigjøring av konnektoren vil de to halvdeler separere rent uhindret av noe sekundært utilsiktet feste. Dette er viktig å sikre at en første hurtig & ren fråkopling da ikke blir ugjort ved påfølgende hekting.

Tilbakeholdende innretninger 36 er anordnet for å holde låseinnretningene 18 i den låste stilling. De tilbakeholdende innretninger er formet som en hovedsakelig ringformet krave glidbart montert over den øvre rørledning. I den viste utførelsen blir de tilbakeholdende innretninger utplassert med en eller flere hydrauliske stempler 37 som er monter over den ringformede flens 9 på den øvre rørledning. Stemplene 36 senker de tilbakeholdende innretninger for å bringe de tilbakeholdende innretninger inn i inngrep med forsenkningen 25 i hodet på palene når de er i den låste stilling.

Dybden til de tilbakeholdende innretninger som griper med fordypningen 25 i palene er betydelig kortere enn høyden på flaten til den aktiviserende innretning 30 som brukes til å påføre en kraft mot palene for å bevege palene inn i låst stilling.

Betjeningen av konnektoren vil nå bli beskrevet. Den nedre rørledning 3 er montert på den øvre enden av en undervannsinstallasjon ved bruk av kjente monteringsinnretninger. Aktiviseringsinnretningene 30 er i den tilbaketrukne stilling og låseinnretningene 18 er i åpen stilling. Den øvre rørledning 2 til konnektoren er montert på den nedre enden av et stigerør som så blir opphengt fra et overflatefartøy mot undervannsinstallasjonen. Den tilbakeholdende innretning 36 på den øvre rørledning blir holdt i hevet posisjon mot undersiden av flensen 9.

Etter hvert som den øvre rørledning senkes mot den nedre rørledning griper det sentrale fremstikkende parti 7 på den øvre rørledning inn i den sentrale fordypning 10 i den nedre rørledning og den øvre rørledning senkes inntil overgangsflatene 8, 11 og anleggsflatene 6 er i inngrep.

Innretting av rammeelementene kan tilveiebringes ved et fremspring på ett rammeelement som griper i en profilert spalt i det andre rammeelement. Når de to rammeelementer blir trukket mot hverandre og flatene på den øvre og nedre rørledning nærmer seg hverandre, hjelper den profilerte spalt finposisjonering av rammeelementene til å bringe boringene på linje.

Etter hvert som det øvre og nedre rammeelement blir trukket sammen sitter albuen 125 i det øvre rammeelement inne i den omkretsmessige vegg 131 på det ringformede hus på det nedre rammeelement i et forhold med fin pasning.

Hydraulisk fluid blir så pumpet inn i sylindrene 34 for å heve aktiviseringsinnretningen 30 og den profilerte ring 35 rundt den øvre enden av den nedre rørledning 3.

Etter hvert som aktiviseringsinnretningene stiger er det første kontakt mellom den nedre kant 32 i forsenkningen i kraven som beskrevet ovenfor og den nedre ytre overflate av palene 18. Disse kontaktpunkter løper opp ryggen til palene 27 som svinger dem opp til en stort sett vertikal stilling. Det første trinn svinger palene gjennom en stor vinkel for forholdsvis kort aksial bevegelse av kraven på grunn av geometrien til kontaktpunktet versus palens svingeakse.

Mot enden av denne bevegelse blir kontakten mellom kraven og palene overført til den sammenpassende koniske flate på kraven som engasjerer den sammenpassende koniske flate 27. Med fortsatt oppad bevegelse av kraven 30 som bringer de to flater med kraft til kontakt og slik skaper en kilevirkning for å forspenne forbindelsen.

De hydrauliske styringskoplere 16 forlenges ut av boringene i det nedre rammeelement og inn i boringene i det øvre rammeelement som dermed tilveiebringer en hydraulisk forbindelse tvers over konnektoren.

Skuldrene 22 på palene kan mottas i spalter i den ytre overflate av den nedre rørledning. Den øvre overflate 26 av det avtrappede område er bueformede og passer med kurvaturen til den øvre rørledning slik at når palene er i deres låste stilling tilveiebringer de en stort sett lukket ring rundt den øvre rørledning i konnektoren.

Når det avtrappede området 23 på palene 18 er i inngrep over den nedre flens 4 på den øvre rørledning, og mens aktiviseringsinnretningene 30 fortsatt er i stilling rundt låseinnretningene, blir den tilbakeholdende innretning 36 aktivisert ved hydraulisk aktivisering og beveger seg nedad rundt den øvre rørledning inntil den tilbakeholdende innretning griper i fordypningen 25 i palene.

Etter den første aktivisering av låseinnretningene 18 og påfølgende inngrep med den tilbakeholdende innretning 36, blir aktiviseringsinnretningene 30 aktivisert tilbake til sin nedre stilling sammen med den profilerte ring 36. Dette gjør at plassen nødvendig for at palene 18 skal bevege seg til åpen stilling ved frigjøring av de tilbakeholdende innretninger. Når aktiviseringsinnretningene er i denne nedre stilling tilveiebringer den ytterligere profilerte ring vinduer inn i hvilke de forsenkede paler faller tilbake.

Den mekaniske klemkraft tildelt over grenseflaten mellom den øvre og nedre rørledning opprettholdes ved spenningen i palene 18. Den tilbakeholdende innretning 36 opprettholder den øvre enden av palene i tilstanden som belastet for slik å opprettholde konnektorens forspenning etter at hovedaktiviseringssylindrene 34 har blitt trukket tilbake. Denne forbelastning motstår det høye driftstrykk inne i konnektoren kombinert med utvendig påførte strekk og bøyekrefter for å hindre separering av grenseflaten.

De tilbakeholdende innretninger 36 motstår den utad radiale bevegelse i den øvre enden av palene som ville tillate at forspenningen gjennom palene ble frigjort.

Ventiler over og under konnektoren (ikke vist) kan nå bli åpnet for å etablere en fluidbane mellom stigerøret og undervannsinstallasjonen.

I tilfellet av en nødssituasjon som oppstår slik som at fartøyet mister motorkraft eller taper posisjonsførende innretninger, vil fartøyet begynne å drifte fra en posisjon straks over det stive stigerør. I denne situasjon blir ventilene over og under konnektoren stengt av i samsvar med standard sikkerhetsprosedyrer og over en fast tid og styringskonnektorene 16 blir senket ned for å fjerne all omkretsmessig forbindelse mellom det øvre og nedre rammeelement 12, 13 før frigjøring av hovedlåseinnretningene.

Så snart som ventilene er stengt og fluidforbindelsen mellom den øvre og nedre rørledning er brutt, kan konnektoren bli frigjort ved aktivisering av de hydrauliske stempler 37 som derved hever holdeinnretningene 36 klar av inngrep med fordypningen 25 i palene 18. Slaget til holdeinnretningene 36 er betydelig kortere enn det til aktiviseringsinnretningene 30 og derfor medfører en umiddelbar besparelse i volumet av hydraulisk fluid nødvendig for å heve holdeinnretningene 36 sammenlignet med å utplassere aktiviseringsinnretningene i en tilsvarende tids- og energibesparelse under en nødfrakoplingsprosedyre hvor hvert sekund kan være kritisk.

Videre, i tillegg til slaget til holdeinnretningene er kortere enn det til aktiviseringsinnretningene, er geometrien til forbindelsen slik at kraften nødvendig for å frigjøre holdeinnretningene er mindre enn den nødvendig for å generere forspenningen i palene 18 under låsing av konnektoren. Dette medfører at et mindre hydraulisk areal kreves og dermed et redusert volum av hydraulisk fluid for å utplassere aktiviseringsinnretningene og frigjøre frigjøringsinnretningene respektivt. Hver av disse, dvs et kortere slag og et redusert frigjøringsvolum individuelt og kombinert tjener til å redusere frigjøringsvolumet og dermed tiden nødvendig for å frakople konnektoren.

Så snart som holdeinnretningene 36 blir hevet, springer palene 18 tilbake til deres åpne stilling. Etter hvert som aktiviseringsinnretningene 30 trekkes tilbake, så snart som holdeinnretningene 36 er utplassert, skjer åpningen av låseinnretningene uhindret av aktiviseringsinnretningene 30 og det er ingen fare for skade på aktiviseringsinnretningene 30 eller låseinnretningene med kraften i palene som springer tilbake til den åpne stilling.

Når den øvre og nedre rørledning separerer beveger den første komponent 123 på den oppbøyde rand 122 seg vertikalt oppover i kontakt med den omkretsmessige vegg 131 inntil det øvre rammeelement går klar av det nedre rammeelement. Samtidig separerer de frie ender av rørledningene i hovedsak vertikalt som dermed sikrer at pakningen 50 er uskadd under frakoplingsprosedyren. Beskyttelsen gitt av den i hovedsak vertikale innretting mellom albuen til den oppbøyde rand 122 og den omkretsmessige vegg 131 er bare nødvendig over en kort avstand for å dekke høyden til pakningen 50.

I det tilfellet at det øvre rammeelement blir trukket fra det nedre rammeelement ved en vinkel, for eksempel hvor et fartøy beveger seg på overflaten under frakoplingsprosedyren, tilveiebringer overgangen mellom basisdelen 130 og den omkretsmessige vegg 131 til huset på det nedre rammeelement et dreiepunkt rundt hvilket albuen 125 på det øvre rammeelement kan dreie som dermed muliggjør at overflatene til den øvre og nedre rørledning separerer i hovedsak vertikalt uten skade på pakningen 50.

Den øvre rørledning 2 kan så bli løftet bort fra den nedre rørledning 3. Siden den øvre flate på den profilerte ring 35 tilspisser oppad og utad fra kanten til den nedre rørledning, hindrer den ikke uttak av den øvre rørledning og derfor om den øvre rørledning utgår fra anleggsposisjonen ved en vinkel på grunn av avdrift i fartøyet, kan dette opptas og den nedre flens 4 på den øvre rørledning kan ikke hekte på noen av komponentene til konnektorens nedre rørledning.

Som det vil forstås kan konnektoren bli hurtig frakoplet i en nødssituasjon som dermed sikrer at et truffet fartøy kan bli frakoplet fra fysisk forbindelse til sjøbunnen så hurtig som mulig.

Videre, etter hvert som konnektorens aktiviseringsinnretninger 30 blir trukket tilbake etter at holdeinnretningene 36 er utplassert, kan fråkoplingen av rørledningene bli foretat uten skade på verken de samvirkende flater til rørledningene eller på komponentene til selve konnektoren. Dette betyr at konnektoren kan bli benyttet igjen etter fråkopling i en nødssituasjon som er en betydelig fordel med en foreliggende oppfinnelse.

I tillegg, etter en nødssituasjonsfrakoplingsprosedyre, kan konnektoren bli igjen utplassert så snart som kraft har returnert til fartøyet som dermed reduserer avbruddstiden til undervannsinstallasjonen etter en slik situasjon.

Modifikasjoner og forbedringer kan bli foretatt uten å avvike fra omfanget av den foreliggende oppfinnelse. For eksempel mens aktiviseringsinnretninger og holdeinnretninger av utførelsen beskrevet ovenfor blir utplassert med en eller flere hydrauliske sylindere, kan hver eller begge komponentene bli utplassert med en eller flere hydrauliske sylindere eller stempler eller en kombinasjon av hver.

En alternativ innretning for å oppnå rotasjon av palene 18 på rundt den nedre enden mens den tilveiebringer en innretning for reaksjon på det i hovedsak aksiale strekk ville være å ha den nedre enden av palen profilert og i inngrep med de korresponderende sammenpassende geometri i den nedre rørledning slik at de to sammenpassende profiler tillot rotasjon rundt den ønskede akse og tilveiebrakte to sammenpassende flater når den er i låst stilling med tilstrekkelig bære- og skjæreareal til å motstå de aksiale laster. Dette er vist i fig. 12 og 13 i hvilke palene 18' har en profilert overflate 38 som reagerer mot en profilert spalt 39 i monteringsblokken 28'.

Som et ytterligere alternativ vist i fig. 10 og 11, kan aktuatorer slik som for eksempel i form av hydrauliske sylindre 40 monteres inne i palene 18' slik at ved betjening av aktuatorene økes palenes lengde som introduserer en forbelastning inn i palene ved betjening.

I en ytterligere utførelse kan holdeinnretningene 36 utstyres med en indre ringformet flens som korresponderer i dybde med den andre ringformede flens på den øvre rørledning. Den nedre enden av holdeinnretningene kan være utstyrt med en ytre ringformet flens.

Den ytre ringformede flens på den nedre enden av holdeinnretningene motstår høye radiale krefter som ellers kan fordreie den nedre enden av holdeinnretningene.

En ringformet stoppinnretning kan anordnes rundt den øvre rørledning og er dimensjonert til å passe mellom den ytre overflaten til den øvre rørledning og holdeinnretningene.

Den ringformede stoppinnretning og den andre flens til den øvre rørledning avgrenser den øvre og nedre grense for vertikal bevegelse av holdeinnretningen. To hydrauliske kammere av varierende volum er avgrenset, det første mellom den øvre overflate til den indre flens til holdeinnretningen og stoppinnretningene, og det andre mellom den nedre overflate av den indre flens til holdeinnretningene og den andre flens til den øvre rørledning. Når konnektoren er i en ikke låst stilling, er den indre ringformede flens til holdeinnretningene nær ved undersiden til den ringformede stoppinnretning. Når konnektoren er i en låst stilling og låseinnretningene er i inngrep, kan holdeinnretningene bli senket til en låst stilling ved å presse fluid inn i det første hydrauliske kammer hvori undersiden av den indre ringformede flens til holdeinnretningene støter mot den øvre flate til den øvre flens til den øvre rørledning.

Etter hvert som holdeinnretningene blir senket ned engasjerer den ytre ringformede flens holdeinnretningene i fordypningen bak hodet til palene for å holde palene i den låste stilling.

Hydraulisk fluid presses inn i det andre fluidkammer mellom den indre flens til holdeinnretningen 36 og den øvre flens 9 til den øvre rørledning for å heve holdeinnretningene ute av inngrep med palene for å tillate palene å returnere til den åpne stilling.

I en ytterligere utførelse kan palene bli erstattet med hovedsakelig C-formede klemmer som er radialt utvidbare fra en åpen stilling inne i den profilerte ring til en utvidet låst stilling i hvilken de klemmer rundt samvirkende flenser til den øvre og nedre rørledning. I denne utførelsen kan palene ha øvre og nedre fremspring som forløper stort sett aksialt av rørledningene. Holdeinnretninger i form av en eller flere låseringer som kan utplasseres over fremspringene holder palene i den låste stilling. Palene kan være fjærspente inn i den åpne stilling slik at ved frigjøring av holdeinnretningen springer palene tilbake til den åpne stilling for å tillate frigjøring av forbindelsen på sikker måte.

I nok en annen utførelse, kan aktiviseringsinnretningene for å bevege palene inn i den låste stilling, tilveiebringes av et hydraulisk stempel som virker på enden av låsepalene nær ved svingepunktet for å svinge palene fra den åpne stilling til en vertikal klemmende stilling og et ytterligere tverrmontert stempel som er virksomt til å påføre en radial kraft mot stemplet mot den ytre overflate av den øvre rørledning for å forspenne palene før holdeinnretningene blir utplassert.

En ytterligere utførelse av oppfinnelsen som omfatter modifiserte låsepaler 180 er vist i fig. 16-17a. Låsepalene er vist i fig. 16 og 16a i en første, ikke låst stilling, og i fig. 17 og 17a i en andre, låst stilling.

I denne utførelsen er låsepalene svingbart montert på et par med langstrakte strekkelementer 181. Disse strekkelementer er tilvirket av stål eller ethvert annet egnet metallisk materiale lignende i styrke med palene selv. Størrelsen på lasten som kan bli påført palen og dermed størrelsen på forbelastningen som kan oppnås blir bestemt av materialegenskapene (strekkfasthet og tverrsnittsareal (CSA)). For enhver gitt belastning (CSA og styrke fast) bestemmes forlengelsen (strekk) i palen av lengden til elementet under strekk. Funksjonen til ytterligere strekkelementer er å tilveiebringe ytterligere lengde og dermed tøyning (strekk) i pal-enheten for en gitt påført last. Designet er slik at når konnektoren blir låst strekkes palen med en avstand "x" vist i fig. 18. Dimensjonen "x" er utsatt for variasjon på grunn av uunngåelig maskineringstoleranser og denne variasjon vil i sin tur resultere i en liten variasjon i størrelsen på lasten i pal-enheten. De ytterligere strekkelementer gir ytterligere aksialt strekk for en gitt last og reduserer så virkningene av variansen i dimensjonen "x" på strekket (og dermed lasten) i pal-enheten.

Hvert strekkelement omfatter en stort sett flatt rektangulær arm 182 som har et utvidet hode 183 i hver ende. I den viste utførelsen er hvert utvidete hode i hovedsak sirkulært og er integrert formet med armen. En åpning 184 er anordnet gjennom hvert utvidede hode, hvor åpningene er i hovedsak sirkulære i form og sentralt plasserte i de utvidede hoder.

Låsepalene har en liknende form og profil som beskrevet ovenfor og hver er montert på en svingtapp 185 som kan være integrert formet med låsepalene eller kan være anordnet som en separat komponent.

Svingtappen 185 på palen passerer gjennom de sirkulære åpninger 184 i de utvidete hoder i en ende av strekkelementene 181 for å muliggjøre for palen å svinge omkring aksen til tappen på strekkelementene. En monteringsinnretning er anordnet mellom de andre ender av strekkelementene for å muliggjøre montering av palene til den øvre enden av den nedre rørledning 3. I denne utførelsen er monteringsinnretningene en blokk 186 som har en bredde egnet til å la blokken passere mellom de frie ender til strekkelementene 181.

Blokken har et fremstikkende boss 187 på hver side som har en diameter som korresponderer med diameteren til åpningene 184 i de utvidede hoder til strekkelementene. Bossene 187 passerer gjennom åpningene 184 i de utvidede hoder til strekkelementene og dette sørger for fri dreining i hver ende av strekkelementene 181. Fordelen med monteringsinnretningene til de ytterligere strekkelementer er at fordi strekkelementene er frie til å dreie omkring aksen til monteringsbossene (øvre og nedre ende) settes det ikke opp noen bøyemomenter i delene når last påføres. Den påførte last er bare direkte strekk for slik å sikre an jevn spenningsfordeling over tverrsnittet til de ytterligere strekkelementer. Ettersom ingen lokale bøyespenninger settes opp i strekkelementene under belastning så kan deres tykkelse være kontrollert og redusert som dermed øker deres evne til å strekke seg under last.

Således, forutsatt at de ytterligere strekkelementer som beskrevet ovenfor tillater maksimal bruk av materialtverrsnittet for å oppnå maksimal aksial forlengelse under last. I tillegg til det ovenfor tillater forbindelsesmetoden at palene i seg selv fortsatt dreier utad omkring punktet A som vist i fig. 17 som beskrevet ovenfor. Designet til denne konnektor er slik at palen svinger ut til en temmelig høy vinkel (omkring 45 grader i sin nåværende konfigurasjon) for å tillate en ren uhindret fråkopling.

Ved å sikre at palen til strekkelementforbindelsen kan dreie, så når palene svinger ut ved fråkopling, beskriver de en mye mindre bue enn om forbindelsen ikke hadde tillatt dreining. Dermed minsker dette den totale plassomslutning av konnektoren som gir en betydelig fordel.

Boringer 188 er anordnet gjennom monteringsblokken for å motta festeinnretninger (ikke vist) for å montere blokken til den nedre rørledning.

I denne utførelsen, etter hvert som låseinnretningene beveger seg fra ikke låst til låst stilling, blir palene forspente gjennom strekkelementene 181 og denne forbelastning motstår de høye driftstrykk inne i konnektoren for å hindre separering i grenseflaten.

Som med utførelsene beskrevet ovenfor beveges låsepalene fra den ikke låste stilling vist i fig. 16 og 16a til den låste stilling vist i fig. 17 og 17a ved å heve aktiviseringsinnretningene 30 fra den tilbaketrukne stilling over ryggen til palene. Dette engasjerer og strekker palene som svinger inn i den låste stilling. Strekkspenning blir tildelt paletverrsnittet mens palene beveger seg fra ikke låst til låst stilling.

Denne strekkspenning må ikke overskride den maksimale strekkapasitet til palen som ville medføre flyt i palen og til slutt svikt i konnektoren. For å sikre at overtrykket i aktiviseringssylindrene 34 ikke bevirker at aktiviseringsinnretningene 30 utøver en for stor kraft, styres bevegelsen til palen innad mot den nedre rørledning 3 ved kontakt ved grenseflaten A-B.

Ved dette punkt blir lasten som påføres gjennom hodet til palen 21 fra grenseflaten mellom den tilspissede ytre overflate 27 på palen og aktiviseringsinnretningene 30 overført direkte gjennom hodet til palen inn i den nedre rørledning 3 som slik stopper overstrekk i palen.

For å hindre at hodet til palen beveger seg videre opp fortsatt med aksial glidende kontakt ved grenseflaten A-B dersom for stor kraft blir påført, er en ytterligere beskyttelse tilveiebrakt ved at flatene i grenseflaten C-D kommer i direkte kontakt som slik på fast måte stopper ethvert ytterligere strekk i palen og sikrer at strekkspenningen i palen forblir innenfor tillatte grenser.

I utførelsene beskrevet ovenfor er aktiviseringsinnretningene 30 beskrevet som en integrert del av konnektoren som forblir i det nedre rammeelement etter den er trukket tilbake og holdeinnretningene er i inngrep. Det er tenkt at aktiviseringsinnretningene 30 kan være et separat element som er plassert på enheten for å skape den første forbelastningskraft og så fjernet etter at holdeinnretningene har blitt engasjert.

Claims (19)

1. Konnektor (1) for å sammenkople komponenter som har samvirkende flater, hvilken konnektor (1) omfatter innretninger (18) for å låse sammen rørs samvirkende flater, hvilke låseinnretninger (18) er bevegbare mellom åpen og låst stilling, aktiviseringsinnretninger (30) for å bevege låseinnretningene (18) inn i den låste stilling og innretninger (36) for å holde på låseinnretningene (18) i den låste stilling når aktiviseringsinnretningene (30) er trukket tilbake, idet arrangementet er slik at når de tilbakeholdende innretninger (36) blir tatt bort returnerer låseinnretningene (18) til en ikke låst stilling som dermed tillater separering av de samvirkende flater uten huking av komponentene.

2. Konnektor som angitt i krav 1,karakterisert vedat slaget til de tilbakeholdende innretninger (36) for å frigjøre låseinnretningene (18) er kortere enn slaget til de aktiviserende innretninger (30) for å bevege låseinnretningene (18) inn i deres låste stilling.

3. Konnektor som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat de tilbakeholdende innretninger (36) og aktiviseringsinnretningene (30) blir forflyttet med respektive stempler.

4. Konnektor som angitt i krav 3,karakterisert vedat stemplene er aktivisert hydraulisk.

5. Konnektor som angitt i krav 4,karakterisert vedat volumet med hydraulisk fluid som kreves for å frigjøre de tilbakeholdende innretninger (36) er mindre enn volumet av fluid som kreves for å plassere aktiviseringsinnretningene (30) for å bringe låseinnretningene (18) inn i deres låste stilling.

6. Konnektor som angitt i ett av kravene 1 -5,karakterisert vedat kraften som kreves for å frigjøre de tilbakeholdende innretninger (36) er mindre enn den nødvendig for å utplassere aktiviseringsinnretningene (30) for å bevege låseinnretningene (18) inn i deres låste stilling.

7. Konnektor som angitt i ett av de foregående krav,karakterisert vedat spenninnretninger er anordnet for å presse låseinnretningene (18) inn i den åpne stilling.

8. Konnektor som angitt i ett av de foregående krav,karakterisert vedat innretninger er anordnet for å forspenne låseinnretningene (18).

9. Konnektor som angitt i krav 8,karakterisert vedat innretningene for forspenning av låseinnretningene (18) omfatter en konus påført den ytre overflate av låseinnretningene (18) og en korresponderende konus anordnet på den indre overflate av aktiviseringsinnretningene (30) slik at etter hvert som aktiviseringsinnretningene (30) beveger seg mot den ytre overflate av låseinnretningene (18) skaper de samvirkende koniske flater en kilevirkning som forspenner låseinnretningene (18).

10. Konnektor som angitt i ett av kravene 1 -9,karakterisert vedat låseinnretningene (18) omfatter et antall paler svingbart montert til en av komponentene.

11. Konnektor som angitt i krav 10,karakterisert vedat palene er svingbart montert i sin nedre ende (under bruk) til en av komponentene.

12. Konnektor som angitt i krav 10,karakterisert vedat palene er svingbart montert til et langstrakt element, hvilket langstrakte element er montert til en av komponentene.

13. Konnektor som angitt i krav 12,karakterisert vedat palene er forsynt med en svingtapp (20) som er opptatt i en åpning (19) i det langstrakte element.

14. Konnektor som angitt i ett av kravene 10-13,karakterisert vedat antallet med paler har en klemmende flate som danner en stort sett kontinuerlig ring når den er i låst stilling.

15. Konnektor som angitt i ett av kravene 1-14,karakterisert vedat aktiviseringsinnretningene (30) omfatteren ringformet krave som er glidbart montert på en av komponentene.

16. Konnektor som angitt i ett av kravene 1 -15,karakterisert vedat aktiviseringsinnretningene (30) er montert under låseinnretningene (18) (under bruk) og blir hevet for å forflytte låseinnretningene (18) inn i låst stilling.

17. Konnektor som angitt i ett av kravene 1 -14,karakterisert vedat holdeinnretningene (36) omfatter en ringformet krave.

18. Konnektor som angitt i krav 17,karakterisert vedat den ringformede krave er glidbart montert over låseinnretningene (18) (under bruk).

19. Konnektor som angitt i ett av kravene 1 -18,karakterisert vedat konnektoren (1) omfatter første og andre rørledninger (2, 3) tilpasset til å bli montert på et stigerør og undervannsinstallasjon respektivt, på hvilke rørledninger er de samvirkende flater er anordnet.