DE10238263A1

DE10238263A1 - Eisteckkupplungselement mit verbesserten Strömungsöffnungen

Info

Publication number: DE10238263A1
Application number: DE10238263A
Authority: DE
Inventors: Iii Robert E Smith
Original assignee: National Coupling Co Inc
Current assignee: National Coupling Co Inc
Priority date: 2001-08-22
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2003-04-30
Anticipated expiration: 2022-08-22
Also published as: AU4066602A; GB2378994B; NO20023943L; NO335973B1; NO20023943D0; US6659425B2; GB0211553D0; BR0202104A; US20030038264A1; DE10238263B4; GB2378994A; BR0202104B1

Abstract

Es ist ein hydraulisches Unterwasserkupplungselement offenbart, das Strömungsöffnungen hat, die an ihren nach außen weisenden Enden jeweils mit einer konkaven Fläche versehen sind. Die konkaven Flächen bringen die Radialdichtungen während des Ineingriff- oder Außereingriff-Bringens des Einsteck- und Aufnahmekupplungselementes kurz und temporär außer Eingriff, wodurch die Abnutzung und Zerstörung der radialen Dichtungen zwischen den Kupplungselementen reduziert wird, und es möglich ist, daß angesammeltes Meerwasser aus der Aufnahmekammer austreten oder in diese eintreten kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen hydraulische Kupplungen und insbesondere hydraulische Kupplungen, die bei Unterwasserbohr- und -produktionsanwendungen verwendet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung ein hydraulisches Einsteckkupplungselement mit einer verbesserten Strömungsöffnung.

Hydraulische Unterwasserkupplungen sind seit langem bekannt. Die Kupplungen bestehen im allgemeinen aus einem Einsteckelement und einem Aufnahmeelement mit abgedichteten Fluidkanälen, die zwischen beiden eine Verbindung herstellen. Das Aufnahmeelement ist im allgemeinen ein zylindrischer Körper mit einer Längsbohrung mit relativ großem Durchmesser an seinem einen Ende und einer Längsbohrung mit relativ kleinem Durchmesser an seinem anderen Ende. Die kleine Bohrung erleichtert die Anschlüsse an Hydraulikleitungen, während die große Bohrung mit dem Einsteckelement der Kupplung in dichtendem und verschiebbarem Eingriff steht. Das Einsteckelement hat an seinem einen Ende einen zylindrischen Teil mit einem Außendurchmesser ungefähr gleich dem Durchmesser der großen Bohrung des Aufnahmeelementes der Kupplung. Das Einsteckelement hat an seinem anderen Ende ebenfalls einen Anschluß zum Erleichtern des Anschließens an Hydraulikleitungen. Wenn der zylindrische Teil des Einsteckelementes in die große Bohrung des Aufnahmeelementes eingesetzt ist, wird gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Vorrichtung ein Fluidstrom zwischen dem Einsteckelement und dem Aufnahmeelement errichtet. Kupplungen dieser Art sind in der US-PS-4694859 von Robert E. Smith, III und in anderen Patenten der Anmelderin National Coupling Co., Inc., Stafford, Texas, gezeigt.

Bei Unterwasserbohr- und -produktionsanwendungen kann das Einsteckelement der Kupplung mit einer Verteilerplatte oder einer anderen Befestigungseinrichtung an einem Unterwasser befindlichen Ort im Inneren oder außerhalb einer Schachtbohrung verbunden sein.

Die Aufnahmeelemente, die ebenfalls an einer Verteilerplatte befestigt sein können, werden durch einen Taucher oder ein Unterwasserfahrzeug in eine Position über den Einsteckelementen bewegt und dann auf die Einsteckelemente abgesenkt. Wenn die Aufnahmeelemente auf den Einsteckelementen positioniert sind, erfolgt typischerweise ein Hydraulikstrom von dem Aufnahmeelement zum Einsteckelement jeder Kupplung. In einigen Fällen hat nur das Aufnahmeelement der Kupplung ein Tellerventil.

Das Tellerventil hat typischerweise eine konische Ventilfläche, die in der geschlossenen Position an dem Ventilsitz des Kupplungselementes anliegt. Das Tellerventil öffnet, um einen Fluidstrom zu ermöglichen und schließt gegenüber dem Ventilsitz innerhalb der Bohrung ab, um den Strom zu stoppen. Im allgemeinen ist das Tellerventil durch eine Feder in die geschlossene Position vorgespannt. Das Ventil kann ein Ventilbetätigungselement aufweisen, das eine Nase oder ein Stößel sein kann, der an dem Scheitelpunkt der Ventilfläche in. Richtung der Längsachse des Tellerventils vorsteht.

In der Kupplungen gemäß der US-PS-4694859 fließt beispielsweise Hydraulikfluid zwischen dem Einsteckelement und dem Aufnahmekupplungselement. Eine Anzahl von verschiedenen Verbesserungen und Änderungen wurden bei der Konstruktion der Strömungsöffnungen und Strömungskanäle in Kupplungen, die für Unterwasseranwendungen verwendet werden, eingeführt. Einige hydraulische Unterwasserkupplungen sind beispielsweise druckausgeglichen, was durch einen Hydraulikstrom durch zueinander ausgerichtete, radiale Strömungskanäle in den Kupplungselementen erzielt werden kann. Die radialen Strömungskanäle sind im allgemeinen rechtwinklig zur Längsachse der Kupplung, so daß der Hydraulikdruck, der die Tendenz hat, die Kupplungselemente zu trennen, signifikant verringert ist. In dem Einsteckkupplungselementen erstrecken sich Radialkanäle typischerweise von der zentralen Bohrung nach außen zur zylindrischen Außenfläche der Sonde. Beispiele für druckausgeglichene Kupplungen sind in den US-PS-4754780, 5099 882 und 4832080 von Robert E. Smith III, der Anmelderung National Coupling Co., Inc., gezeigt.

Einsteckelemente einer hydraulischen Unterwasserkupplung können auch Strömungsöffnungen haben, die im Winkel verlaufen, um ein Eintreten von Schutt zu verhindern, wenn die Kupplungselemente voneinander gelöst sind. Häufig sind Schachtbohrungen, in welchen die Kupplungen positioniert sind, voller Schutt. Das Einsteckelement, welches unter Wasser bleibt, wenn die Kupplung gelöst ist, ist dem Schutt ausgesetzt, der sich in den Strömungskanälen ansammeln kann. Der Schutt kann das Hydraulikfluid kontaminieren oder eine Abnutzung an den Dichtungen und Dichtungsflächen in den Hydraulikkupplungen und Hydrauliksystemen verursachen. Um dieses Problem zu verringern oder zu eliminieren, haben Kupplungen, wie beispielsweise die gemäß der US-PS-5692538 von Roberi E. Smith, III, im Winkel verlaufende Strömungsöffnungen verwendet, die ein Eintreten von Schutt in die Hydraulikleitungen verhindern.

In der Vergangenheit bestand die Tendenz, daß radiale oder im Winkel verlaufende Strömungskanäle in den Einsteckelementen der hydraulischen Unterwasserkupplungen die Metall- und/oder elastomeren Dichtungen in dem Aufnahmekupplungselementen zerkratzen oder abreiben, wenn die Einsteckelemente mit den Aufnahmekupplungselementen in Eingriff oder außer Eingriff gebracht wurden. Dies könnte die Dichtungsflächen der Metall- und/oder elastomeren Dichtungen zerstören, insbesondere für Kupplungen, die wiederholt verbunden und gelöst werden. Eine Zerstörung der Dichtungsflächen zwischen den Einsteck- und Aufnahmekupplungselementen als ein Ergebnis von wiederholtem In-Eingriff- und Außer-Eingriff-Bringen der Kupplungselemente könnte dann zu dem Risiko der Leckage oder des Verlustes von Hydraulikfluid in der Unterwasserumgebung führen.

Es besteht auch ein Bedarf nach hydraulischen Unterwasserkupplungen, die es ermöglichen, daß Meerwasser während des Kuppelns und/oder Entkuppelns aus oder in der Aufnahmekammer des Aufnahmeelementes abgelassen werden kann. Wenn das Einsteckelement mit dem Aufnahmeelement in Eingriff gebracht wird, hat in der Aufnahmekammer aangesammeltes Meerwasser die Tendenz, das vollständige Aufnehmen des Einsteckelementes darin zu blockieren oder diesem zu widerstehen. Wenn das Einsteckelement außer Eingriff gebracht wird, kann dies zu einem Unterdruck führen, der die notwendig zu beaufschlagende Trennkraft erhöht.

Die vorliegende Erfindung beruht in einem Einsteckelement einer hydraulischen Unterwasserkupplung mit verbesserten Strömungsöffnungen, um die Zerstörung der radialen Dichtungen in dem Aufnahmekupplungselement zu verhindern oder zu verringern. An dem nach außen weisenden Ende jeder Strömungsöffnung ist eine konkave Fläche vorgesehen, die temporär mit allen oder mit einem Teil der radialen Metalldichtung (EN) in dem Aufnahmekupplungselement außer Eingriff gelangt. Die konkave Fläche kann eine Anzahl von tellerförmigen Oberflächen haben, wobei jeweils eine tellerförmige Fläche in der Nähe des nach außen weisenden Endes einer Strömungsöffnung liegt. Oder die konkave Fläche kann einen Kanal aufweisen, der den Sondenabschnitt in der Nähe der nach außen gewandten Enden der Strömungsöffnungen umgibt. Wenn eine radiale Dichtung kurz außer Eingriff ist, ermöglicht die konkave Fläche, daß Meerwasser aus der Auf hahmekammer während des Verbindens oder Lösens des Einsteckelementes aus dem Aufnahmekupplungselement entweichen oder in diese eindringen kann.

Die folgenden Figuren bilden einen Teil der vorliegenden Anmeldung und sind enthalten, um gewisse Aspekte der vorliegenden Erfindung weiter zu zeigen. Die Erfindung ist durch die Bezugnahme auf eine oder mehrere dieser Figuren in Kombination mit der detaillierten Beschreibung der spezifischen Ausführungsformen, die hier präsentiert werden, besser verständlich. In den Figuren zeigt:
Fig. 1 eine Ansicht im Schnitt eines Einsteckelementes einer Kupplung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine expandierte Ansicht im Schnitt der verbesserten Strömungsöffnung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform;
Fig. 3 eine expandierte Ansicht im Schnitt der verbesserten Strömungsöffnung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform; und
Fig. 4 eine Teilansicht im Schnitt des Einsteckelementes gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform, das in ein Aufnahmekupplungselement eingesetzt ist.
Wie in der Fig. 1 gezeigt, hat das Einsteckkupplungselement 10 einen Körperabschnitt 11, einen Sondenabschnitt 12 und zwischen beiden einen Flansch 16. Das Einsteckelement hat einen Handgriff 13, der durch Einschrauben oder sonstwie an einer Verteilerplatte befestigt ist. Das Einsteckelement hat ein erstes Ende oder eine Stirnfläche 14. Die Innenbohrung 15 erstreckt sich durch die Körper- und Sondenabschnitte des Einsteckelements, um den Strom des Hydraulikfluids durch dasselbe zu erleichtern. Um den Strom des Hydraulikfluids zu steuern, hat das Einsteckelement auch ein normalerweise geschlossenes Tellerventil 30 in der Innenbohrung, mit einem Betätigungselement 31, das an diesem vorsteht. Eine Ventilfeder 32 zwingt das Tellerventil gegen den Ventilsitz 33 in die geschlossene Position.
Wenn die Kupplung verbunden wird, tritt der Sondenabschnitt des Einsteckelementes in dije Aufnahmekammer des Aufnahmeelementes der Kupplung ein. Das Betätigungselement zwängt das Tellerventil in die offene Position und Hydraulikfluid tritt durch die im Winkel verlaufenden Strömungsöffnungen 22 ein, die sich zwischen der Innenbohrung 15 des Einsteckelementes und dem Außenumfang des Sondenabschnittes erstrecken. Bei der ersten, bevorzugten Ausführungsform sind die Strömungsöffnungen in dem Einsteckkupplungselement im Winkel angeordnet, um ein Eintreten von Schutt zu verhindern, wenn das Aufnahmeelement gelöst ist und das Einsteckelement unter Wasser bleibt. Bei der zweiten Ausführungsform hat, wie in der Fig. 3 gezeigt, das Einsteckkupplungselement radiale Strömungsöffnungen 23. Vorzugsweise hat jedes Einsteckelement drei oder vier Strömungsöffnungen, aber es kann irgendeine Anzahl von Strömungsöffnungen vorgesehen sein. Die Stirnfläche 14 des Einsteckelementes ist geschlossen, obwohl das Betätigungselement durch diese ragt. Der Sondenabschnitt kann einen gleichförmigen Außendurchmesser oder einen stufenförmigen Außendurchmesser haben, wie dies in der Fig. 1 gezeigt ist, die einen ersten Durchmesser 22 und einen zweiten Durchmesser 26, welcher größer als der erste Durchmesser ist, zeigt.
Nunmehr bezugnehmend auf Fig. 2 befindet sich eine konkave Fläche 27 in der Nähe des nach außen weisenden Endes jeder im Winkel verlaufenden Strömungsöffnung 22. Die konkave Fläche kann eine tellerförmige Aussparung sein, die direkt das nach außen weisende Ende jeder Strömungsöffnung umgibt. Alternativ kann die konkave Oberfläche einen Kanal bilden, der den Sondenabschnitt an den nach außen weisenden Ende jeder Strömungsöffnung umgibt. Fig. 3 zeigt die konkave Fläche 28 in der Nähe des nach außen weisenden Endes der radialen Strömungsöffnung 23.
Während dem in Eingriff oder außer Eingriff bringen der Kupplungselemente bringt die konkave Fläche kurz und temporär alle oder einen Teil der radialen Dichtungen in dem Aufnahmeelement außer Eingriff. Nun bezugnehmend auf die Fig. 4 kann, wenn das Einsteckelement vollständig in das Aufnahmeelement 20 eingesetzt ist, Hydraulikfluid durch die Innenbohrung des Einsteckelementes und die Strömungsöffnungen zwischen der Innenbohrung und dem Außenumfang fließen. Wenn die konkave Fläche die Dichtungen während des Ein- und Auskuppelns temporär außer Eingriff bringt, reduziert oder eliminiert die konkave Fläche an dem nach außen weisenden Ende jeder Strömungsöffnung ein Kratzen, Reiben oder Zerstören der Dichtungen 41 und 42 in dem Aufnahmeelement. Die vorliegende Erfindung trägt dazu bei, die Lebensdauer, Effektivität und den Leckagewiderstand von Kupplungen mit radialen Metall- oder radialen elastomeren Dichtungen zu verbessern. In der Fig. 4 ist die Dichtung 41 eine radiale Metalldichtung und die Dichtung 42 eine radiale, elastomere Dichtung mit einer Schwalbenschwanzpassung zwischen der Halterhülse 43 und dem Haltersperrelement 44.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht, daß angesammeltes Meerwasser aus der Aufnahmekammer 21 des Aufnahmeelementes während des Einsetzens des Einsteckelementes austreten kann. Während des Einsetzens des Einsteckelementes in die Aufnahmekammer kann, wenn die konkave Fläche an dem Sondenumfang jede Dichtung passiert und alle oder einen Teil der Dichtungen kurz außer Eingriff bringt, Meerwasser aus der Aufnahmekammer durch den Spalt zwischen der konkaven Fläche und der Dichtung und durch den nichtabgedichteten Abschnitt zwischen Einsteck- und Aufnahmeelement fließen. Somit ist die konkave Fläche an dem nach außen weisenden Ende jeder Strömungsöffnung so dimensioniert, daß die radiale Dichtung kurz von der konkaven Fläche außer Eingriff gebracht wird.
Obwohl Variationen bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht alle Vorteile der Erfindung realisieren mögen, können gewisse Merkmale bei den verschiedenen Anwendungen der Vorrichtungen wichtiger als andere werden. Die Erfindung sollte demgemäß als allein durch den Umfang der anhängenden Patentansprüche begrenzt angesehen werden.

Claims

1. Einsteckelement einer hydraulischen Unterwasserkupplung, mit:

a) einem zylindrischen Körper mit einem Körperabschnitt, einem Sondenabschnitt, einer Stirnfläche, einer Innenbohrung, die sich durch den Körperabschnitt und den Sondenabschnitt erstreckt und an der Stirnfläche endet, und einem Ventil in der Innenbohrung zum Steuern eines Hydraulikfluidstroms durch die Innenbohrung;

b) wenigstens einer Strömungsöffnung, die sich von der Innenbohrung nach außen durch den Sondenabschnitt erstreckt, und einer konkaven Fläche an dem nach außen weisenden Ende der Strömungsöffnung.

2. Kupplungselement einer hydraulischen Kupplung nach Anspruch 1, wobei die konkave Fläche eine tellerförmige Aussparung in der Nähe des äußeren Endes jeder Strömungsöffnung ist.

3. Kupplungselement einer hydraulischen Unterwasserkupplung nach Anspruch 1, wobei die konkave Fläche ein Kanal ist, der den Sondenabschnitt an dem nach außen weisenden Ende der Strömungsöffnungen umgibt.

4. Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach Anspruch 1, wobei die Strömungsöffnungen sich von der Innenbohrung des Sondenabschnittes radial nach außen erstrecken.

5. Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach Anspruch 1, wobei die Strömungsöffnungen sich von der Innenbohrung des Sondenabschnittes ausgehend in einem Winkel erstrecken.

6. Einsteckelement einer hydraulischen Unterwasserkupplung, mit:

a) einem Körper mit einem Körperabschnitt, einem Sondenabschnitt mit einer zylindrischen Außenfläche, einer Innenbohrung, einem Tellerventil mit einem Betätigungselement, welches an diesem vorsteht, einer Stirnfläche, durch die das Betätigungselement ragt, und einer Anzahl von Strömungsöffnungen, die sich ausgehend von der Innenbohrung durch die zylindrische Außenfläche erstrecken; und

b) einer konkaven Fläche in der zylindrischen Außenfläche des Sondenabschnittes, wobei die konkave Fläche in der Nähe jeder Strömungsöffnung positioniert ist.

7. Einsteckelement einer hydraulischen Unterwasserkupplung nach Anspruch 6, wobei die konkave Fläche eine Anzahl von tellerförmigen Aussparungen aufweist.

8. Einsteckelement einer hydraulischen Unterwasserkupplung nach Anspruch 6, wobei die konkave Fläche einen Kanal aufweist, der die zylindrische Außenfläche des Sondenabschnittes umgibt.

9. Einsteckelement einer hydraulischen Unterwasserkupplung nach Anspruch 6, wobei die konkave Fläche so dimensioniert ist, daß sie wenigstens eine radiale Dichtung temporär außer Eingriff bringt.