DE10340854A1

DE10340854A1 - Zusatzdichtung aus Metall für Unterwasser-Hydraulikkupplung

Info

Publication number: DE10340854A1
Application number: DE2003140854
Authority: DE
Inventors: Robert E. III Missouri City Smith
Original assignee: National Coupling Co Inc
Current assignee: National Coupling Co Inc
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2003-09-04
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2023-09-05
Also published as: GB2394994A; GB0320651D0; NO341745B1; BR0304249B1; GB2417535A; GB2417765B; GB2417535B; NO20170287A1; GB0524081D0; NO20034845L; DE10340854B4; BR0304249A; NO20034845D0; US6962347B2; GB0524079D0; GB2417765A; NO341512B1; GB2394994B; US20040084848A1

Abstract

Eine Zusatz-O-Ring-Dichtung aus Metall wird um den Außendurchmesser eines Dichtungshalters eines Unterwasser-Hydraulikkupplungselementes gehalten, um einen Austrittspfad um den Dichtungshalter herum zu dichten. Die O-Ring-Dichtung aus Metll kann auf einer Schulter auf dem Dichtungshalter sitzen. Die Zusatzdichtung aus Metall ist bei Anwendungen mit hohen Temperaturen und hohem Druck wirksam.

Description

Allgemeiner Stand der Technik
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Hydraulikkupplungen und im Speziellen Hydraulikkupplungen, die bei Unterwasserbohranwendungen und Unterwasserproduktionsanwendungen verwendet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung Dichtungen zwischen männlichen und weiblichen Kupplungselementen in Unterwasser-Hydraulikkupplungen.

Unterwasser-Hydraulikkupplungen sind auf dem Fachgebiet bekannt. Die Kupplungen bestehen im Allgemeinen aus einem männlichen und einem weiblichen Element mit Dichtungen, um die Verbindung zwischen dem männlichen und dem weiblichen Element zu dichten. Das weibliche Element weist im Allgemeinen einen zylinderförmigen Körper auf, der an einem Ende eine Bohrung mit einem relativ großen Durchmesser und am anderen Ende eine Bohrung mit einem relativ kleinen Durchmesser aufweist. Die kleine Bohrung erleichtert Verbindungen mit hydraulischen Leitungen, während die große Bohrung die Dichtungen enthält und den männlichen Abschnitt der Kupplung aufnimmt. Das männliche Element schließt einen Sondenabschnitt ein, der in die große Bohrung des weiblichen Elementes eingefügt werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Vorrichtung, stoßen die Dichtungen entweder an das Ende oder die Vorderseite des männlichen Elementes oder greifen in das männliche Element um seinen Außenumfang ein. Danach kann Hydraulikfluid frei durch die weiblichen und männlichen Abschnitte der Kupplung fließen, und Dichtungen hindern diesen Fluss daran, um die Verbindungen der Kupplungen herum zu entweichen.

Optional kann ein Rückschlagventil in das weibliche Element und auch in das männliche Element eingebaut werden. Jedes Rückschlagventil ist offen, wenn die Kupplung besteht; jedes Rückschlagventil schließt jedoch, wenn die Kupplung getrennt ist, um zu verhindern, dass Fluid aus dem System, von dem die Kupplung ein Teil ist, austritt.

In den US-Patentschriften Nr. 4,694,859 und 5,762,106 an Robert E. Smith III werden eine Unterwasser-Hydraulikkupplung und eine Metalldichtung offenbart. Eine wiederverwendbare Metalldichtung greift in den Umfang der Sonde ein, wenn sie innerhalb des Körpers des weiblichen Elementes angeordnet ist. Die Dichtung wird durch einen zylinderförmigen Dichtungshalter in Position gehalten. Wenn der männliche und der weibliche Abschnitt der Kupplung unter Druck getrennt werden, hindert der Dichtungshalter die Metalldichtung daran, durch die Bohrung des weiblichen Elements ausgeblasen zu werden.

In der US-Patentschrift Nr. 5,339,861 wird eine Hydraulikkupplung mit einer hohlen O-Ring-Dichtung aus Metall offenbart. Der hohle O-Ring aus Metall wird zwischen einer Innenschulter und einem Halter festgehalten, welche in die Innenbohrung des weiblichen Elementes eingefügt ist. Der O-Ring aus Metall kann auch druckgespeist werden, um den Dichtungshohlraum als Reaktion auf Fluiddruck in der Kupplung auszuweiten.

Um die Metalldichtung im weiblichen Element einer Unterwasser-Hydraulikkupplung zu halten, kann ein Dichtungshalter an das weibliche Element angeschlossen werden. Der Dichtungshalter kann ein im Allgemeinen muffenförmiger zylinderförmiger Körper sein, der in die Bohrung des weiblichen Elementes eingefügt wird, bis der Dichtungshalter an eine Schulter in der Bohrung des weiblichen Elementes stößt. Um den Dichtungshalter an der Schulter zu befestigen, kann auch ein Haltersperrelement zum Beispiel mit Hilfe von Gewinden oder Sprengringen an dem weiblichen Element angebracht werden.

Obwohl Metalldichtungen, die in Unterwasser-Hydraulikkupplungen verwendet werden, im Allgemeinen verlässlich sind, kann es einen Austrittspfad zwischen dem Dichtungshalter und dem weiblichen Kupplungselement geben. In der Vergangenheit wurden elastomere O-Ringe verwendet, um zwischen dem Außenumfang des Dichtungshalters und dem Innenumfang der Bohrung des weiblichen Kupplungselementes eine Dichtung bereitzustellen. Die elastomeren O-Ringe sind jedoch unter Umständen nicht verlässlich genug, um diesen Austrittspfad bei sehr hohen Temperaturen und sehr hohem Druck, zu denen es bei Unterwassertiefen kommen kann, zu blockieren. Es wird eine verlässlichere Dichtung zwischen dem Dichtungshalter und dem weiblichen Kupplungselement benötigt, um den hohen Temperaturen und dem hohen Druck in der Unterwasser-Umgebung zu widerstehen. Es wird eine Unterwasser-Hydraulikkupplung benötigt, die eine verlässlichere Dichtung um den Außenumfang des Dichtungshalters aufweist, die entfernt und ausgetauscht werden kann.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Eine Zusatzdichtung aus Metall für eine Unterwasser-Hydraulikkupplung dichtet einen Austrittspfad zwischen dem weiblichen Kupplungselement und dem Dichtungshalter. Die Zusatzdichtung aus Metall wird durch den Dichtungshalter in der aufnehmenden Kammer des weiblichen Kupplungselementes gehalten. Die Zusatzdichtung aus Metall kann eine O-Ring-Dichtung aus Metall sein, die um den Außendurchmesser des Dichtungshalters herum passt und kann durch Hydraulikfluid, das auf einen Hohlraum der Dichtung wirkt, druckgespeist werden. Die Dichtung kann um den Dichtungshalter herum pressgepasst werden, so dass die Dichtung aus der aufnehmenden Kammer gemeinsam mit dem Dichtungshalter entfernt werden kann.

Die folgenden Zeichnungen sind Teil der vorliegenden Patentanmeldung und werden aufgenommen, um bestimmte Aspekte der vorliegenden Erfindung detaillierter darzustellen. Die Erfindung kann durch Bezugnahme auf eine oder mehrere dieser Zeichnungen in Verbindung mit der detaillierten Beschreibung spezifischer Ausführungsformen, die in dieser Anmeldung präsentiert werden, besser verstanden werden.
1 ist eine Schnittansicht einer Zusatzdichtung aus Metall, die in einem weiblichen Kupplungselement einer Unterwasser-Hydraulikkupplung gemäß einer ersten Ausführungsform gehalten wird.
2 ist eine Schnittansicht einer Zusatzdichtung aus Metall in einem weiblichen Kupplungselement einer Unterwasser-Hydraulikkupplung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung
Wie in 1 dargestellt, hält in einer ersten Ausführungsform der Dichtungshalter 60 die primäre Metalldichtung 70 und die Zusatzdichtung 80 aus Metall in der aufnehmenden Kammer 91 des weiblichen Kupplungselementes 90. In dieser Ausführungsform ist die primäre Metalldichtung eine druckgespeiste hohle Metalldichtung mit einem C-förmigen Querschnitt, die auf der Innenschulter 71 der aufnehmenden Kammer gehalten wird. Die primäre Metalldichtung kann durch den Dichtungshalter leicht axial komprimiert werden, um die Dichtung vorzubelasten, und kann durch Hydraulikfluid in dem Dichtungshohlraum druckgespeist werden, um den Innendurchmesser radial nach innen weiter zu drängen als den Innendurchmesser der Wand 74 der aufnehmenden Kammer, um mit dem männlichen Kupplungselement zu dichten und um den Außendurchmesser radial nach außen zu drängen, um gegen das weibliche Kupplungselement zu dichten.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Zusatzdichtung aus Metall ein hohler Metall-O-Ring, der auf der Schulter 79 des Dichtungshalters sitzt. Die Zusatzdichtung aus Metall kann gegen den Dichtungshalter pressgepasst sein, so dass sie gemeinsam mit dem Dichtungshalter aus der aufnehmenden Kammer entfernt werden kann. Die Zusatzdichtung aus Metall kann leicht komprimiert werden, wenn der Dichtungshalter vollständig in die aufnehmende Kammer eingefügt wird, um sich der Schulter 73 zu nähern oder an diese zu stoßen. Die Kompression drängt den Innendurchmesser radial nach innen gegen den Dichtungshalter und den Außendurchmesser radial nach außen gegen die aufnehmende Kammer des weiblichen Kupplungselementes. In einer Ausführungsform kann die Zusatzdichtung aus Metall eines oder mehrere Löcher aufweisen, um Hydraulikfluid zu gestatten, in die Dichtung einzutreten und die Dichtung mit Druck zu speisen.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann der Dichtungshalter ein Gehäuse 61 und einen Dichtungsträger 75 einschließen. Das Gehäuse kann ein im Allgemeinen ringförmiger Körper mit einem Außendurchmesser 66 sein, der ein Gewinde aufweisen kann, um in das weibliche Kupplungselement einzugreifen. Das Gehäuse weist ein erstes Ende 68, ein zweites Ende 64, einen ersten größeren Innendurchmesser 63, einen zweiten kleineren Innendurchmesser 62 und eine Innenschulter 76 zwischen dem ersten und dem zweiten Innendurchmesser auf. Das Gehäuse kann auch eine Schulter 84 mit Negativwinkel oder Umkehrwinkel aufweisen, die sich radial nach innen von der Innenschulter 76 erstreckt. Es können Löcher 65 in dem ersten Ende des Gehäuses vorgesehen sein, und ein Schraubenschlüssel oder ein anderes Werkzeug kann in die Löcher eingefügt werden, um das Gehäuse zu drehen, so dass es in das weibliche Element eingreift oder sich aus dem Eingriff mit diesem löst.
In der ersten Ausführungsform ist der Dichtungsträger eine im Allgemeinen ringförmige Muffe, von der ein Teil mindestens teilweise in das Gehäuse eingreift oder passt. Der Dichtungsträger weist ein erstes Ende 77 auf, das in das Gehäuse passt, ein zweites Ende 78, einen ersten größeren Außendurchmesser 99, einen zweiten kleineren Außendurchmesser 69, einen ersten größe ren Innendurchmesser 86 und einen zweiten kleineren Innendurchmesser 67. In einer Ausführungsform kann der Dichtungsträger eine Schulter 83 mit Negativwinkel oder Umkehrwinkel zwischen dem ersten größeren Innendurchmesser und dem zweiten kleineren Innendurchmesser aufweisen. Der Dichtungsträger kann auch eine Außenschulter 87 zwischen dem ersten größeren Außendurchmesser und dem zweiten kleineren Außendurchmesser einschließen.
In einer Ausführungsform gleitet das erste Ende des Dichtungsträgers in den ersten größeren Innendurchmesser 63 des Gehäuses. Es kann wenig oder keinen Zwischenraum zwischen dem zweiten kleineren Außendurchmesser des Dichtungsträgers und dem Innendurchmesser des Gehäuses geben, oder es kann eine leichte Presspassung geben. Wenn das erste Ende des Dichtungsträgers zur Gänze in das Gehäuse eingefügt ist, kann das erste Ende 77 an die interne Stufe 76 des Gehäuses anstoßen, während das zweite Ende 64 des Gehäuses an die Außenschulter 31 des Dichtungsträgers anstoßen kann.
In der Ausführungsform von 1 ist die Dichtung 72 ein elastomerer O-Ring in einer Rille in der Schulter 73 der aufnehmenden Kammer. Zusätzlich hält der Dichtungshalter eine elastomere Dichtung 81 zwischen Schultern 83 und 84 mit Umkehrwinkel, welche die Dichtung daran hindern, in die zentrale Bohrung zu implodieren. Die Dichtung 81 kann einen Schwalbenschwanz-guerschnitt aufweisen und hat eine Schwalbenschwanz-Zwischenpassung zwischen den Schultern mit Umkehrwinkel. Der Innendurchmesser der Dichtung 81 kann einen oder mehrere Vorsprünge 85, 88 aufweisen, die sich weiter in die zentrale Bohrung erstrecken als die kleineren Innen durchmesser des Gehäuses oder des Dichtungsträgers, um radial mit dem männlichen Element zu dichten, wenn sich das männliche Element in der aufnehmenden Kammer befindet. Die O-Ringe 82, 89 können um den Außendurchmesser der Dichtung 81 herum angeordnet sein.
In einer anderen Ausführungsform, wie in 2 gezeigt, kann die Zusatzdichtung aus Metall mit dem Dichtungsträger fest verbunden sein. Zum Beispiel können Metalldichtungsoberflächen 48, 49 auf dem Dichtungsträger winkelig oder abgeschrägt sein, um Metallauf-Metall-Dichtungen mit den Oberflächen 108 und 109 des weiblichen Kupplungselementes 100 zu bilden, wenn sich der Dichtungshalter vollständig im Eingriff mit dem weiblichen Kupplungselement befindet.
Wie in 2 dargestellt, hält der Dichtungshalter 10 die primäre Metalldichtung 50 auf oder benachbart zur Schulter 122 in dem weiblichen Kupplungselement. Der Dichtungshalter kann ein Gehäuse 21 und einen Dichtungsträger 30 mit einer elastomeren Dichtung 40 zwischen dem Gehäuse und dem Dichtungsträger einschließen. Das Gehäuse kann ein Gewinde aufweisen oder auf andere Weise abnehmbar an der Wand 124 der aufnehmenden Kammer 112 des weiblichen Kupplungselementes angebracht sein, und der Dichtungsträger kann an die Innenschulter 126 in der aufnehmenden Kammer anstoßen.
In der Ausführungsform von 2 weist das weibliche Kupplungselement einen Körperabschnitt 111 mit einem ersten Ende 116 und einem zweiten Ende 11 7 auf. Ein Tellerventil 114 gleitet innerhalb der Bohrung 113, um den Fluidfluss durch das weibliche Kupplungselement zu kontrollieren. Das Tellerventil kann durch eine Feder 118 auf eine geschlossene Position gegen den Ventilsitz 115 vorbelastet werden. Die Ventilfeder kann zwischen dem Tellerventil und dem Federteller 119 gehalten werden, der in der Bohrung durch einen Sprengring oder eine Kragenklemme 120 gehalten wird. Das Ventilstellglied 125 kann sich aus der Vorderseite des Ventils erstrecken. Wenn eine Sonde des männlichen Kupplungselementes in die aufnehmende Kammer 112 eingefügt wird, kann die Sonde eine gleitende Zwischenpassung mit dem zweiten Abschnitt 121 der aufnehmenden Kammer aufweisen, bis sich das männliche Element der Schulter 123 nähert oder an diese anstößt. Das Ventilstellglied des männlichen Elementes kann in das Ventilstellglied des weiblichen Elementes eingreifen, um die Tellerventile für den Fluidfluss zwischen den Kupplungselementen zu öffnen.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf eine beschränkte Anzahl an Ausführungsformen beschrieben wurde, sind für Fachleute zahlreiche Modifikationen und Variationen der Erfindung offensichtlich. Die beigelegten Ansprüche sollen alle solche Modifikationen und Variationen, die in den wahren Geist und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen, abdecken.

Claims

Dichtungsanordnung für ein Element einer Unterwasser-Hydraulikkupplung, umfassend: einen Dichtungshalter, der mit dem Kupplungselement in Eingriff ist, wobei der Dichtungshalter ein Außengehäuse und einen Dichtungsträger aufweist, wobei mindestens ein Teil des Dichtungsträgers in das Innere des Außengehäuses passt, wobei der Dichtungsträger einen Innendurchmesser und einen Außendurchmesser aufweist, eine primäre Metalldichtung, die am Innendurchmesser des Dichtungsträgers angeordnet ist, und eine Zusatzdichtung aus Metall, die am Außendurchmesser des Dichtungsträgers angeordnet ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Zusatzdichtung aus Metall ein hohler O-Ring ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Zusatzdichtung aus Metall mit dem Dichtungsträger fest verbunden ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Außengehäuse einen Außendurchmesser mit Gewinde aufweist, der in das Element der Unterwasser-Hydraulikkupplung eingreifen kann.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Außengehäuse einen ersten größeren Innendurchmes ser, einen zweiten kleineren Innendurchmesser und eine Innenschulter zwischen dem ersten und dem zweiten Innendurchmesser aufweist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Dichtungsträger einen ersten größeren Außendurchmesser und einen zweiten kleineren Innendurchmesser aufweist, der in das Außengehäuse eingefügt werden kann.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Dichtungsträger einen ersten größeren Innendurchmesser, einen zweiten kleineren Innendurchmesser und eine Innenschulter zwischen dem ersten und dem zweiten Innendurchmesser aufweist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, welche ferner eine ringförmige elastomere Dichtung zwischen dem Außengehäuse und dem Dichtungsträger aufweist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 7, wobei die ringförmige elastomere Dichtung einen Schwalbenschwanz-Querschnitt aufweist.
Dichtungsvorrichtung für eine Unterwasser-Hydraulikkupplung, umfassend: einen zweiteiligen Körper mit Außengewinde, welcher einen Innenumfang und einen Außenumfang aufweist, eine primäre Metalldichtung mit einem hohlen Körper, wobei die primäre Metalldichtung am Innenumfang des zweiteiligen Körpers gehalten ist, eine Zusatzdichtung aus Metall mit einem hohlen Körper, wobei die Zusatzdichtung aus Metall am Außenumfang der Dichtungsvorrichtung gehalten ist, und eine elastomere Dichtung mit einer Schwalbenschwanz-Zwischenpassung mit dem mit einem Gewinde versehenen zweiteiligen Körper.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Zusatzdichtung aus Metall ein hohler O-Ring aus Metall ist.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die primäre Metalldichtung ein hohler C-Ring aus Metall ist.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 10, welche ferner eine Schulter auf dem Außendurchmesser des gewindeten zweiteiligen Körpers umfasst, wobei die Zusatzdichtung aus Metall auf der Schulter gehalten ist.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der mit einem Gewinde versehene zweiteilige Körper einen äußeren ringförmigen Körper und eine innere ringförmige Muffe umfasst, die mindestens teilweise in das Innere des äußeren ringförmigen Körpers passt.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der mit einem Gewinde versehene zweiteilige Körper eine erste Schulter mit Umkehrwinkel und eine zweite Schulter mit Umkehrwinkel umfasst, wobei die Schultern die elastomere Dichtung zurückhalten.
Dichtungsvorrichtung für ein Element einer Unterwasser-Hydraulikkupplunq, umfassend: einen Körper mit einem Außengehäuse und einem muffenförmigen Dichtungsträger, wobei der Dichtungsträger ein erstes Ende, das in das Außengehäuse eingefügt ist, ein zweites Ende mit einem größeren Außendurchmesser als das erste Ende und mindestens eine Innenschulteroberfläche aufweist, eine erste ringförmige Dichtung, die durch den inneren Dichtungsträger auf der mindestens einen Innenschulteroberfläche gehalten ist, und eine zweite O-Ring-Dichtung aus Metall um den Außendurchmesser des zweiten Endes des Dichtungsträgers herum.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die erste ringförmige Dichtung eine druckgespeiste Metalldichtung ist.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die erste ringförmige Dichtung ein elastomerer O-Ring mit einem Schwalbenschwanz-Querschnitt ist.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei das Außengehäuse eine Innenschulter aufweist, wobei die erste ringförmige Dichtung eine Zwischenpassung zwischen der Innenschulter des Außengehäuses und der Innenschulter des Dichtungsträgers aufweist.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei das Außengehäuse ein Gewinde aufweist.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Außendurchmesser des Dichtungsträgers eine Schulter am zweiten Ende davon aufweist, wobei die zweite O-Ring-Dichtung aus Metall auf der Schulter sitzt.