NO810240L - Roerledd. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en

leddet rørledning, mer særskilt en rørledning av den type som innbefatter stive seksjoner som er skjøtet sammen slik at det tillates en begrenset vinkelbevegelse mellom til-støtende seksjoner, idet aksene til to suksessive ledd har ulike retninger, og idet en tetningsanordning gir tett skille mellom innsiden og utsiden av rørledningen i høyde med leddet.

Foreliggende oppfinnelse vedrører særlig, men ikke utelukkende rørledninger beregnet for plassering på relativt store dyp (flere hundre meter), eksempelvis rør-ledninger med store diametre (flere meter) for inntak av kaldt sjøvann til varmekraftstasjoner som utnytter forskjellen mellom vanntemperatur på havoverflaten og nede i dypet.

Meget lange, neddykkede rørledninger må være leddet for derved å begrense de bøyepåkjenninger som skyldes marine strømmer. Forbindelsene mellom ledningsseksjonene skal tilfredsstille de følgende krav: Muliggjøre en longitudinell overføring av

krefter,

muliggjøre tilstrekkelig relativ vinkelbevegelse mellom tilstøtende ledningsseksjoner, uten at dette fører til spenningspåkjenninger i skjøteområdet, under hensyn-tagen til at vinkelbevegelsen ofte kan gå opp til maksimal-verdier ,

parantere en enkel tetning i leddområdene,

og

begrense forplantningen av sjokk og vibrasjoner som kan virke ødeleggende på leddene.

Det er kjent flere forslag som tar sikte på

å løse noen av disse problemer, men de fleste forslag gjelder rørledninger med relativt små diametre, og det er ikke alltid mulig å anvende disse forslag for større rørledninger.

I US patent nr.4 068 868 foreslås eksempelvis fleksible skjøter for et rør som inngår i et undervannsbore-system. Det benyttes stabler av vekslende lag av. elastorner og metall anordnet i samsvar med konsentriske kuleflater.

Denne kjente løsning egner seg ikke i

praksis når rørledningens diameter økes betydelig. Grunnen til dette er at ved en viss maksimal vinkelklaring vil tykk-elsen til stabelen være. proporsjonal med gjennomsnittsradien til de sfæriske lag.

Man kan tenke seg å bygge opp'leddene i nærheten av rørledningens akse, men det vil bety at man får vesentlige hindringer langs hele rørledningen.

I US patent nr.. 2 590 392 og britisk patent nr. 806 266 foreslås det kombinasjoner av et gaffelelement og sirkulære belger for derved på en enkel måte å muliggjøre en vinkelbevegelse om en foretrukken akse. De aktuelle rør-ledninger er beregnet for trykkflu ider, og dette gjør det nødvendig å bruke tilstrekkelig stive belger som har tilstrekkelig bøyestyrke og strekkstyrke for overføring av bøye-påkjenninger og vibrasjoner. Belgenes sylinderform gjør at de ikke egner seg særlig godt for vinkelbevegelser, selv små sådanne, og dette gjør seg særlig gjeldende for belger med store diametre.

I fransk patentsøknad nr. 2347 602 foreslås det i forbindelse med relativt små rørledninger å benytte elastiske belger i kombinasjon med gaffelelementer. Sjokk-overføring muliggjøres gjennom gaffelelementene, og de sirkulære belger vil bli upraktiske når diamteren øker.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveiebringe en leddet rørledning av den innlednings-vis nevnte type, hvilken rørledning kan ha en stor diameter, eksempelvis en diameter på mer enn 1 m, hvilken leddede rør-ledning kan virkeliggjøres uten uoverstigelige konstruksjons-problemer, uten at det inne i rørledningen forekommer hindringer og uten at sjokk eller vibrasjoner kan overføres gjennom leddene.

Dette oppnår man ved at hvert ledd ifølge oppfinnelsen utføres med en fleksibel skjøteanordning med to diamtralt motliggende sylindriske lagre som benytter elementer frembragt ved stabling av vekslende lag av et elastiske materiale og et stivt materiale, hvilke lagre tillater en svingebevegelse om en akse perpendikulært på aksene til ledningsseksjonene på hver side av leddet, og ved at tetningsanordningen og den flesible skjøteanordning i hvert ledd plasseres på utsiden av en passasje eller et løp som danner

en forlengelse av de innvendige passasjer eller løp i de to ledningsseksjoner som skjøtes sammen med leddet, hvorved det gjennom rørledningen opprettholdes en fritt tverrsnitt som i det minste vil være lik det frie' tverrsnitt i hver ledningsseks jon .

Fordelaktig kan hvert sylindriske lager dannes av blokkmoduler som hver dannes av en stabel av vekslende lag av et elastisk materiale og et stivt materiale.

Som følge av at hvert ledd bare har en fri-hetsgrad kan tilhørende tetningsanordning fremstilles på en relativt enkel måte.

Ifølge en første utførelse kan således hvert ledd være forsynt med en tetningsanordning av belgtypen, idet belgens åpningsbevegelser og lukkebevegelser skjer om en akse som i hovedsaken faller sammen med leddaksen..

Ifølge et annet utførelseseksempel kan tetningsanordningen være opptatt i rommet mellom innersiden av den utvidede enden av en første rørseksjon og yttersiden av den hosliggende endedel på neste ledningsseksjon. Tetningsanordningen kan i så tilfelle være i form av en ringmembran hvis kanter er innfestet i ledningsseksjonene, eller tetningsanordningen kan dannes av ringformede "skrape-elementer" som presses mot innersiden til den utvidede endedelen av den første ledningsseksjon og er innspent eller innfestet i den andre ledningsseksjonen ved hjelp av elastiske koblingsdeler. Det kan også være fordelaktig å benytte en o-ring som kan.rulle over konsentriske, sfæriske flater på de to ledningsseksjonene.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningene hvor: Fig.l viser et delvis gjennomskåret avsnitt av en rørledning ifølge oppfinnelsen. Fig.2 viser et oppriss av en annen ut-førelse av et sylindrisk lager i et rørledningsledd ifølge oppfinnelsen.

Fig.3 viser et snitt i større målestokk

av tetningsanordningen som er anvendt i utførelsen i fig.l,

Fig.4 viser et utsnitt etter linjen IV-IV

i fig.3,

Fig.5 - 7 viser tre utførelser av tetningsanordningen ifølge oppfinnelsen, vist i skjematiske halvriss,

Fig.8 og 9 viser to deltajutsnitt i

større målestokk av tetningsanordningene i fig.5,

Fig.10 viser et detaljutsnitt i større nålestokk av tetningsanordningene i fig.6, og Fig.11 og 12 viser detaljutstnitt i større nålestokk fra tetningsanordningen i fig.7.

Den i fig., 1 viste rørledning 10 består av Like ledningsseksjoner 11, 11', 11" osv. De enkelte ledningsseks joner er skjøtet sammen ende mot ende ved hjelp av ledd L4. Hvert slikt ledd muliggjør en svingebevegelse om bare en ikse, denne aksen går perpendikulært på aksene til de sammen-coblede ledningsseksjoner. Leddaksene til etterfølgende ledd sr dreiet 90° i forhold til hverandre.

Som det går frem av fig.l er de tilstøtende sndene til to hosliggende ledningsseksjoner 11,' 11' avskrådd ;lik at det mellom de tilstøtende endeflater dannes rom innen-for den viste vinkel a, som er et mål for den mulige vinkel-forskyvning i leddet.

Leddelementene er plassert på utsiden av Ledningsløpet 15 og rørledningen 10 vål således over hele

>in lengde ha et fritt tverrsnitt som minst er like stort som [et frie tverrsnitt i hver ledningsseks jon-.

Leddene 14 har samme oppbygging. Hvert ledd

.nnbefatter således to like sylindriske lagre 20, som er

og anordnet diametralt motsatt hverandre. Videre er det i hvert ledd anordnet en tetningsanordning 30 som danner et tett skille mellom utsiden og innsiden av rørledningen i området ved leddet.

Hvert lager 20 innbefatter fleksible skjøte-elementer 21, 22 som er plassert på hver sin side av leddaksen og på i en for seg kjent måte er bygget opp i form av en stabel av vekslende lag av elastomer og metall.

Lagerne i elementene 21, 22 er anordnet i et koaksialt arrangement, idet den felles akse er den samme som leddaksen. Hvert element 21, 22 strekker seg over en vinkelsektor som er mindre enn 180°, og hvert element kan ha en moduloppbygging, eksempelvis i form av ved-siden-av-hverandre-plasserte, like blokker. Således er i fig.l elementene 21 og 22 hver bygget opp av to like deler 21a og 21b, henholdsvis 22a og 22b, som er innrettet parallelt med lageraksen.

Dersom lagerets dimensjonering krever det kan hver av disse deler igjen bestå av flere like deler, idet hver slik underdel således bare opptar en den av den totale vinkelsektor som et element 21,- 22 opptar.

Det fleksible element 21 er plassert mellom to deler 23, 24 som er forbundne med elementets respektive ende-lag. På samme måte er det fleksible element 22 opptatt mellom to deler 25 og 26. Forbindelsen mellom de enkelte deler, henholdsvis mellom delene og elementene, kan oppnås ved hjelp av vulkanisering in situ av elastomeren.

Delene 24, 26 har to sylindriske ytterflater som ligger an mot to diametralt motliggende soner av en sylindrisk kjerne 27 hvis akse faller sammen med leddaksen.

Delen 23 bæres av en bæredel 28 som er festet på utsiden av ledningsseksjonen, eksempelvis 11'.

Bæredelen 28 er utformet med en u-formet del med to grener 28a og 28b som befinner seg på hver sin side av planet P. Grenene strekker seg således i hovedsaken parallelt med rørledningens akse og i retning mot ledningsseksjonen 11. Mellom grenene er de fleksible elementene 21 og 22 plassert. Del 23 er festet i bunnen av den nevnte u-formede del.

Endene til grenene 28a og 28b er forbundne med endedeler av den forannavnte del 25. Del 25 går mellom to grener 29a og 29b av en u-formet bæredel 29 som bærer delen 26

og er festet på utsiden av ledningsseksjonen 11.

På denne måten muliggjøres en begrenset vinkelbevegelse mellom ledningsseksjonene 11 og 11'. Longitudinelle krefter mellom ledningsseksjonene 11 og 11' overføres via delene 29, 26, 22, 25 og 28 når det dreier seg om strekk-påkjenninger og ved trykkpåkjenninger skjer overføringen via delene 26, 27, 24, 21, 23 og 28.

Det fleksible element 21 tar del i vinkelbevegelsen mellom vinkelseksjonene 11 og 11<1>, men er ikke absolutt nød-vendig. Som en variant kan man således.tenke seg en lager-utførelse hvor man bare har det fleksible element 22, idet delene 23, 21 og 25 da byttes ut med et sylindrisk lager 23' som er festet til bæredelen 28 (fig.2) og som delen 26 hviler på . .Tetningsanordningen 30 er vist mer detaljert i fig.3 og 4, og den er av belgtypen.

Den ønskede tetthet i leddområdet, eksempelvis mellom de to ledningsseks joner 11 og 11', oppnås, ved hjelp av to like belger 31 og 32 som er plassert overfor hverandre, det vil si på hver sin side av planet P. Hver belg kan trekke seg sammen eller ekspandere om en akse som i praksis faller sammen med leddaksen. Foldene i belgene 31 og 32 ligger på utsiden, og det er plassert holderinger 33 i foldene, som vist på tegningen.

Metallst.rimler 35, 36 er festet på utsiden av ledningsseksjonene 11 og 11' og holder belgkantene tettende an mot den respektive ledningsseksjon. Belgkantene er som vist forsynt med vulster som klemmes inn mellom strimlene 35, 36 og yttersiden av den enkelte seksjon 11 og 11'.

Som vist i fig.4 overlapper belgene 31, 32 hverandre i den sonen hvor de møtes, det vil si ved leddaksen. Andre

utførelser av tetningsanordningen kan naturligvis benyttes,

og eksempler er vist i fig.5 - 10. I disse utførelses-eksemplene er leddanordningen ikke vist.

I utførelsene i fig.5 - 7 er de respektive tet-ningsanordninger innpasset mellom en muffelignende utvidelse på den ene ledningseksjon og den for innstikking i muffen eller skjørtet beregnede ende på den andre seksjon. I fig. 5-7 har eksempelvis den ene ledningsseksjon 11" en utvidet ende 16<*>som danner en muffe som omgir enden av ledningsseks jonen 11, idet denne ledningsseksjons ende er betegnet

med 16.

Den utførelsen som er vist.i fig.5, 8 og 9 benytter seg av flere ringformede skrapeelementer 51, i dette tilfelle fire skrapelementer. Hvert element bæres av et ring-•formet bæreorgan 52 som er tilknyttet rørseksjonens 11 ende 16 ved hjelp av et strimmelelement 53. Hvert slikt strimmelelement er sammensatt av flere plater 54. Som vist i fig.9 overlapper to hosliggende plater hverandre over en strekning som minst svarer til halvparten av platelengden. Platene 54

er festet til henholdsvis enden 16 og ringbæreren 52. Ringbæreren kan være fremstilt av flere deler som støter sammen ende mot ende. Platene 54 er av metall og ér elastisk deformert i sammensatt tilstand. På den måten utøves det en pressvirkning på elementene 51 slik at disse ligger av (skraper) mot innsiden av skjørtet eller muffen 16'. Muffen 16' er slik plassert og dimensjonert at elementene 51 hele tiden vil ha kontakt med innerveggen i alle de mulige relative stillinger mellom ledningsseksjonene 11 og 11'.

I utførelsen i fig.6 og 10 tilveiebringes tetning derved at en ringformet membran 61 er festet til henholdsvis muffens 16' og seksjonsenden 16. Membranens kanter 62, 63 er utformet med en vulst som klemmes inn mellom de viste elementer 64, 65, som utgjør deler av muffen 16', henholdsvis mellom enden 16 og en klemring 66.

Utførelsen i fig.7, 11 og 12 benytter en rulle-ringutførelse for avtetning.

Seksjonens 11 ende 16 er i dette tilfelle en egen del, hvis utvendige sfæriske flate er konsentrisk

med den innvendige flaten i muffen 16'. En ofring 71 er anordnet mellom disse to tetningsflater. O-ringen består i dette tilfelle av en hul ring av forsterket eller armert elastomer, og ringen er fylt med en væske. Ofringen er klemt inn mellom muffen 16' og enden 16. Når ledningsseksjonene 11 og 11' beveger seg i forhold til hverandre, vil o-ringen 71 rulle mellom de mothverandre vendende tetningsflater.

Flere strimler 72, 73 er festet med sine respektive ender til henholdsvis skjørtet eller muffen 16' og endedelen 16, rundt omkretsen til ledningen. Strimmelen 72 er innfestet henholdsvis ved 16'a på muffen 16' og ved 16a på delen 16, og fastgjøringen skjer ved hjelp av egnede klem— ringer 74 henholdsvis 75. Hver strimmel 72 er lagt over o-ringen 75, slik det går frem av figurene 11 og 12. På samme måte holdes strimlene 73 fast ved hjelp av klemringer 76, 77, ved henholdsvis 16'b og 16b og strimlene 73 er lagt over o-ringen 71.

■ På denne måten holdes o-ringen 71 fast over hele sin lengde ved hjelp av strimlene 72, 73. Strimlene 72, 73 veksler med hverandre over omkretsen av rørledningen. Når således de enkelte seksjoner 11 og 11' svinger i forhold til hverandre utøves det strekk-krefter på strimlene 72, 73,

og o-ringen 71 vil rulle mellom tetningsflåtene.

Oppfinnelsen er naturligvis ikke begrenset til

de beskrevne utførelseseksempler.

Claims (9)

1. Leddet rørledning med stor diameter, hvor stive seksjoner er skjøtet sammen med ledd som tillater en begrenset svingebevegelse mellom tilstøtende seksjoner, idet aksene til to suksessive ledd har ulike retninger, og idet en tetningsanordning gir tett skille mellom innsiden og ut- • siden av rørledningen i høyde med leddet, karakterisert ved at hvert ledd innbefatter en fleksibel skjøteanordning med to diametralt motliggende sylindriske lagre som innbefatter elementer dannet ved stabling av vekslende lag av et elastisk materiale og et stivt materiale og muliggjør en svingebevegelse om en akse som er perpendi-kulær på aksene til ledningsseksjonene på hver side av leddet, og ved at tetningsanordningen og skjøteanordningen for hvert ledd er plassert på utsiden av et løp som er anordnet i forlengelsen av løpene i de to ledningsseksjoner som er sammenskjøtet med leddet, slik at det gjennom rør-ledningen opprettholdes et fritt løpstverrsnitt som i det minste er lik det til hver ledningsseksjon.

2. Leddet rørledning ifølge krav 1, karakter^ -isert ved at hvert sylindrisk lager innbefatter blokkmoduler som hver består av en stabel av vekslende slag av et elastisk materiale og et stivt materiale.

3. Leddet rørledning ifølge krav 1, karakterisert ved at hvert ledd er forsynt med en tetningsanordning av belgtypen, idet lukkebevegelsene og åpnings-bevegelsene til belgene skjer om en akse som i hovedsaken faller sammen med leddaksen.

4. Leddet rørledning ifølge krav 1, karakterisert ved at tetningsanordningen er opptatt i rommet mellom innersiden til den utvidede enden av den første ledningsseksjon og yttersiden av enden på hosliggende ledningsseksjon, hvilken ende er beregnet for innstikking i den nevnte utvidede ende.

<5-> Leddet rørledning ifølge krav 4, karakterisert ved at tetningsanordningen innbefatter ringformede skrapeelementer som holdes presset mot den nevnte innerflate og bæres av bæreelementer som er forbundet med den andre ledningsseksjon ved hjelp av elastiske koplingsdeler.

6. Leddet rørledning ifølge krav 4, karakterisert ved at tetningsanordningen innbefatter en ringmembran hvis kanter er festet til de hosliggende ledningsseksjoner.

7. Leddet rørledning ifølge krav 4, karakterisert ved at den nevnte innerside og ytterside er konsentriske sfæriske flater og at tetningsanordningen innbefatter en O-ring beregnet til å rulle over de nevnte flater.

8. Leddet rørledning ifølge krav 7, karakterisert ved at O-ringen holdes på plass ved hjelp av strimler hvis ender er festet til de respektive ledningsseksjoner, hvilke strimler overspenner skjøten.

9. Leddet rørledning ifølge krav 8, karakterisert ved at O-ringen holdes på plass over hele sin lengde ved hjelp av vekslende strimler, dvs. strimler hvis ender henholdsvis er festet til rørseksjonene i hovedsaken i høyde med enden av den ene ledningsseksjon og strimler hvis ender er festet til ledningsseksjonene i hovedsaken i høyde med enden av den andre ledningsseksjon.