DE19614375A1

DE19614375A1 - Hydraulische Unterseekupplung mit hohler Metalldichtung

Info

Publication number: DE19614375A1
Application number: DE19614375A
Authority: DE
Inventors: Iii Robert E Smith
Original assignee: National Coupling Co Inc
Current assignee: National Coupling Co Inc
Priority date: 1995-04-12
Filing date: 1996-04-11
Publication date: 1996-10-17
Anticipated expiration: 2016-04-12
Also published as: GB2299839A; NO961438D0; NO316239B1; NO961438L; AU705822B2; AU5057996A; BR9601311A; GB9607196D0; GB2299839B; DE19614375B4; US5979499A

Description

Die Erfindung betrifft im allgemeinen Hydraulikkupplungen und insbesondere Hydraulikkupplungen, die bei Unterseebohr- und Produktionsanwendungen verwendet werden. Insbesondere umfaßt die Erfindung eine hydraulische Kupplung mit einer hohlen Metalldichtung, die beim Trennen der Kupplungsele mente in einem Aufnahmeelement gehalten wird.

Hydraulische Unterseekupplungen sind seit langem bekannt. Die Kupplungen umfassen im allgemeinen ein Einsteckelement und ein Aufnahmeelement mit einem dazwischen verbundenen abgedichteten Durchlaß. Das Aufnahmeelement ist im allge meinen ein zylindrischer Körper mit einer Längsbohrung mit relativ großem Durchmesser an einem Ende und einer Längs bohrung mit relativ kleinem Durchmesser am anderen Ende. Die kleine Bohrung erleichtert eine Verbindung mit Hydrau likleitungen, während die große Bohrung das Einsteckelement der Kupplung verschiebbar aufnimmt und abdichtet. Das Ein steckelement umfaßt einen zylindrischen Teil an einem Ende mit einem Außendurchmesser, der etwa gleich dem Durchmesser der großen Bohrung des Einsteckelementes der Kupplung ist. Das Einsteckelement umfaßt weiterhin eine Verbindung an seinem anderen Ende, um die Verbindung mit Hydraulikleitun gen zu erleichtern. Wenn der zylindrische Teil des Einsteck elementes in die große Bohrung des Aufnahmeelementes ein gebracht wird, wird gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Vorrichtung ein Fluidfluß zwischen dem Einsteckelement und dem Aufnahmeelement hergestellt.

Kupplungen dieser Art sind im US-Patent Nr. 4694859 von Robert I. Smith III und in anderen Patenten von National Coupling Company, Inc., Stafford, Texas, beschrieben.

Bei Unterseebohrungs- und Produktionsanwendungen kann das Einsteckelement der Kupplung mit einer Verteilerplatte oder anderen Befestigungen an Unterseepositionen innerhalb oder außerhalb des Bohrlochs verbunden sein. In vielen Fällen sind die Einsteckelemente so positioniert, daß die End- oder Stirnfläche jedes Elementes vom Seegrund nach oben ge richtet ist. Die Aufnahmeelemente, die ebenfalls mit einer Verteilerplatte verbunden sein können, werden über die Ein steckelemente in Position gebracht und dann durch einen Taucher oder ein Unterseefahrzeug auf die Einsteckelemente abgesenkt. Wenn die Aufnahmeelemente auf den Einsteckele menten positioniert sind, erfolgt der Hydraulikfluidfluß typischerweise vom Aufnahmeelement zum Einsteckelement je der Kupplung.

Das Einsteckelement und das Aufnahmeelement haben typi scherweise Tellerventile, die in die Verschlußposition fe dervorgespannt sind. Das Tellerventil umfaßt typischerweise eine konische Ventilfläche, die, in der Verschlußposition, gegen eine Ventilfläche in dem Kupplungselement anliegt. Das Tellerventil öffnet, um Fluidfluß zuzulassen, und schließt gegen den Ventilsitz innerhalb der Bohrung, um den Fluß zu unterbrechen. Das Ventil kann eine Ventilbetätigung umfassen, die eine Nase oder ein Stab sein kann, die aus dem Gipfelpunkt der Ventilfläche sich entlang der Längsachse des Tellerventils erstreckt.

Das US-Patent Nr. 4694859 zeigt eine hohle Metalldichtung in einer Kupplung der vorgenannten Art. Fluiddruck in der Kupplung zwängt den Innenumfang der Dichtung radial nach innen in Anlage an das Einsteckelement. Die Dichtung wird in der Bohrung des Aufnahmeelementes durch eine Dichtungs halterung gehalten, die eine Hülse sein kann, die in das Aufnahmeelement einbringbar ist oder mit dem Aufnahmeele ment verschraubt ist, um an der Metalldichtung anzuliegen.

Die vorliegende Erfindung umfaßt eine hydraulische Unter seekupplung der vorgenannten Art mit einem Einsteckelement und einem Aufnahmeelement für eine Fluidverbindung, wobei eine hohle Metalldichtung in dem Aufnahmeelement bei Tren nung der Kupplungselemente gehalten wird. Die hohle Metall dichtung umfaßt einen Lippen- oder Beinbereich, der zwi schen das Aufnahmeelement und die Dichtungshalterung ge klemmt ist. Die Dichtung umfaßt weiterhin einen hohlen Ab schnitt, der vorzugsweise im Querschnitt zylindrisch ist und umfaßt eine Öffnung, durch die Fluid in den hohlen Ab schnitt der Dichtung eindringen kann. Der Fluiddruck inner halb der Dichtung zwängt die Dichtung zur radialen Biegung nach innen gegen den Außenumfang des Einsteckelementes.

Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung des Einsteckelementes und des Aufnahmeelementes der Kupplung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei das Einsteckele ment teilweise in die Aufnahmekammer des Aufnahmeelementes eingebracht ist.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung der Dich tungs- und Halterungsstruktur in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1.

Fig. 3 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung der in Fig. 1 verwendeten Dichtung.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt, wie in Fig. 1 dargestellt ist, ein Einsteckelement 10, ein Aufnahmeelement 20 und Fluid durchlässe, die eine Fluidverbindung zwischen dem Einsteck element und dem Aufnahmeelement herstellen. Wenn das Ein steckelement in die Aufnahmekammer 23 des Aufnahmeelementes eingebracht wird, wird eine Fluidverbindung zwischen den Elementen hergestellt, wenn die Betätigungselemente von Tellerventilen 40 und 55 gegenseitig aneinander anliegen.

Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung des Einsteckelementes und des Aufnahmeelementes, wobei das Aufnahmeelement teil weise in die Aufnahmekammer eingebracht ist. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, umfaßt das Einsteckelement 10 eine Sonde 11 mit einer Längsbohrung 12, die sich dadurch erstreckt, und ein Tellerventil 40, das verschiebbar in der Bohrung aufgenommen ist. Das Einsteckelement umfaßt weiterhin eine Schulter 14 und einen Handgriff 13, der mit einem Gewinde versehen sein kann oder in anderer Weise mit einer Verteilerplatte verbindbar ist. Die Bohrung 12 des Einsteckele ments umfaßt einen Gewindeabschnitt 15 zur Verbindung mit Hydraulikleitungen.

Vorzugsweise umfaßt das Tellerventil 40 eine Ventilfläche 42 und eine Ventilbetätigung 51, die sich längs vom Gipfel punkt der Ventilfläche aus erstreckt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Ventilbetätigung 41 von der Stirnfläche 16 des Einsteckelements nach außen in die Aufnahmekammer 23. Die Ventilfläche 42 dichtet gegen einen Sitz in der Bohrung 12 des Einsteckelementes, der an grenzend an die Stirnfläche 16 ist. Das Tellerventil wird durch eine Tellerventilfeder 44 in die Verschlußposition gespannt. Die Feder 44 ist zwischen dem Tellerventil 40 und einer Federhalterung 38 angeordnet. Die Federhalterung 38 umfaßt vorzugsweise einen Innendurchlaß und ist in der Boh rung 12 des Einsteckelements durch eine Halteklammer 39 verankert.

Das Aufnahmeelement 20 umfaßt einen Körper 21, eine Mitten bohrung 22, ein Tellerventil 55 und eine Aufnahmekammer 23 zum verschiebbaren Aufnehmen der Sonde des Einsteckelemen tes. Das Tellerventil 55 entspricht im wesentlichen dem Tellerventil 40 des Einsteckelementes und umfaßt eine koni sche Ventilfläche 52, eine Ventilbetätigung 51, die sich von dort aus erstreckt, eine Ventilfeder 54, die das Tel lerventil 55 in die Verschlußposition zwängt, eine Halte rung 68 und eine Halteklammer 69. Wenn die Ventilbetätigung 41 des Tellerventils des Einsteckelementes die Ventilbetä tigung 51 des Aufnahmeelementes kontaktiert, erlauben die gegenseitigen in Eingriff stehenden Tellerventile einen Fluiddurchlaß zwischen dem Einsteckelement und dem Aufnah meelement der Kupplung. Am einen Ende des Körpers des Auf nahmeelementes befindet sich ein Gewindehandgriff 27 zur Verbindung mit Verteilerplatten u. dgl. Die Bohrung 22 des Aufnahmeelementes ist ebenfalls mit einem Gewindeabschnitt 24 zur Verbindung mit Hydraulikleitungen versehen.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Aufnahme kammer angrenzend an den Körper des Aufnahmeelementes eine Umfangsschulter 49, auf der der Lippen- oder Beinabschnitt 35 einer ringförmigen Metalldichtung 33 positioniert ist. Der Lippen- oder Beinabschnitt 53 ist zwischen die Umfangs schulterfläche 49 des Aufnahmeelementes und eine Schulter fläche 50 einer Dichtungshalterung 30 verklemmt. Die Dich tungshalterung 30 ist ein hülsenförmiges Element, das zum Verklemmen des Beinabschnitts 35 am Ort befestigbar ist. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Dichtungshal terung 30 mit dem Gewindeabschnitt 29 am ersten Ende des Körpers des Aufnahmeelementes verschraubt. Einstückig mit dem Beinabschnitt der ringförmigen Metalldichtung 33 ist ein Hohlabschnitt 34, der sich radial nach innen erstreckt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Hohlab schnitt 34 im Querschnitt zylindrisch, wie in Fig. 3 darge stellt ist. Der Hohlabschnitt kann abgeschlossen sein oder kann einen Durchlaß 36 zwischen der Innenseite und der Außenseite des hohlen Teils aufweisen. In dem Ausführungs beispiel der Fig. 1 bis 3 gelangt Fluiddruck aus der Kupplung durch den Durchlaß 36 in den Hohlabschnitt 34 der Metalldichtung. Die Metalldichtung 33 ist aus einem Metall gebildet, das ausreichend flexibel ist, um zu ermöglichen, daß der Fluiddruck innerhalb des Hohlabschnittes 34 der Dichtung die Dichtung in Abhängigkeit davon nach außen deh nen kann. Vorzugsweise expandiert der Hohlabschnitt der Dichtung radial nach innen, in Abhängigkeit von Fluiddruck, um dichtend an der Sonde 11 des Einsteckelementes anzulie gen. Obwohl es für den Hohlabschnitt 34 der Metalldichtung vorzuziehen ist, daß er zylindrisch oder im wesentlichen zylindrisch im Querschnitt ist, können andere Bogenformen wie ein Oval oder ein Zylindersegment verwendet werden. Falls der Hohlabschnitt ein Zylindersegment ist, sollte dieser Teil der Dichtung, wenn sie Fluiddruck ausgesetzt ist, in gleicher Weise radial nach innen gegen die Sonde des Einsteckelementes gezwängt werden.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, ist eine Schulterfläche 48 an dem Ende des Aufnahmeelementes vorgesehen und so di mensioniert, daß sie den Hohlabschnitt 34 der Dichtung 33 hält. In ähnlicher Weise ist eine Schulterfläche 53 in der Dichtungshalterung 30 vorgesehen, um den Hohlabschnitt der Dichtung aufzunehmen. Wenn die Halterung am Aufnahmeelement befestigt wird, komprimieren in einem bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel die Schulterfläche 53 und die Schulterfläche 48 den Hohlabschnitt 34 der Metalldichtung axial, um die Metalldichtung radial nach innen zu zwängen und die Metall dichtung vor Fluidzufuhr "vorzuladen". Die Dichtung kann jedoch auch ohne jegliche Axialkompression verwendet wer den. Selbst ohne Axialkompression kann beispielsweise die Dichtung sich radial in die Aufnahmekammer erstrecken, um gegen die Sonde 11 des Einsteckelementes anzuliegen, wenn sie durch die Dichtungshalterung 30 in die Aufnahmekammer 23 eingebracht wird. Falls der Hohlabschnitt der Dichtung axial komprimiert ist, kann er eine kleine Überlappung mit der Sonde 11 des Einsteckelementes aufweisen. Falls, wie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, der Hohlabschnitt der Dichtung einen Durchlaß für das Eindringen von Fluiddruck aufweist, expandiert er sich gegen das Einsteckelement und gegen die Schultern 53 und 48, wodurch eine fluiddichte Ab dichtung gegen solche Flächen erzielt wird. Auf diese Weise bildet der Hohlabschnitt der Dichtung mit dem Einsteckele ment, dem Aufnahmeelement und der Dichtungshalterung eine Abdichtung.

Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, ist die Dich tungshalterung 30 ein hülsenförmiger Körper, der in das er ste Ende des Körpers 21 des Aufnahmeelementes eingeschraubt ist. Andere Verbindungsmittel können verwendet werden, um die Halterung mit dem Körper des Aufnahmeelementes in Ein griff zu bringen und den Bein- oder Lippenbereich 35 der Metalldichtung 33 dazwischen festzuklemmen. In einem bevor zugten Ausführungsbeispiel ist die Dichtung 31 ein elasto merer O-Ring, der eine Sicherungsabdichtung zwischen der Dichtungshalterung 30 und dem ersten Ende des Aufnahmeele mentes schafft. Desweiteren ist in den Fig. 1 und 2 eine Dichtung 36 dargestellt, die in einem bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel einer zweistückigen Halterung 30, 32 verwen det wird. Die Dichtung 36 ist vorzugsweise eine elastomere schwalbenschwanzförmige Dichtung, die zwischen dem ersten 30 und dem zweiten 32 Bauteil der Dichtungshalterung am Ort gehalten wird. Dies ermöglicht eine Sicherungsdichtung zwi schen der Dichtungshalterung und dem Einsteckelement. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 wird eine O-Ringdich tung 47 in Verbindung mit der Schwalbenschwanzdichtung 46 verwendet. Vorzugsweise sind die Schwalbenschwanzdichtung 46 und die O-Ringdichtung elastomere Dichtungselemente, die eine Radialdichtung mit dem Außenumfang des Einsteckelemen tes bilden, wenn es durch die Dichtungshalterung vor dem Eingriff des Einsteckelementes mit der ringförmigen Metall dichtung 33 eingebracht wird.

Obwohl in Variationen des Ausführungsbeispiels der Erfin dung nicht alle Vorteile der Erfindung umgesetzt werden, können in verschiedenen Anwendungen der Vorrichtung be stimmte Merkmale wichtiger werden als andere.

Claims

1. Hydraulische Unterseekupplung mit

a) einem Einsteckelement mit einer Innenbohrung und einem Ventil zum Steuern von Fluidfluß durch die Bohrung,
b) einem Aufnahmeelement mit einer Innenbohrung, einem Ven til zum Steuern des Fluidflusses durch die Bohrung und ei ner Aufnahmekammer, die zur Aufnahme des Einsteckelementes ausgelegt ist, wobei die Aufnahmekammer eine Umfangsschul ter aufweist,
c) einer ringförmigen Metalldichtung mit einem Lippenab schnitt, der auf der Umfangsschulter positionierbar ist, und einem Hohlabschnitt, der radial nach innen von dem Lip penabschnitt ausgebildet ist, wobei der Hohlabschnitt der ringförmigen Dichtung flexibel ist zum Abdichten gegen das Einsteckelement, wenn das Einsteckelement in die Aufnahme kammer und durch die ringförmige Dichtung eingebracht wird, und
d) einem Dichtungshalteelement, das lösbar mit dem Aufnah meelement verbunden ist und so ausgebildet ist, daß es ge gen den Lippenbereich der ringförmigen Metalldichtung an liegt und den Lippenbereich zwischen dem Dichtungshalteele ment und der Schulter in der Aufnahmekammer hält.

2. Hydraulische Unterseekupplung nach Anspruch 1, wobei der Hohlabschnitt der Dichtung einen Durchlaß auf weist, um Fluid in den Hohlabschnitt einzulassen.

3. Hydraulische Unterseekupplung nach Anspruch 1, wobei der Hohlabschnitt der ringförmigen Dichtung im we sentlichen zylindrischen Querschnitt aufweist.

4. Hydraulische Unterseekupplung nach Anspruch 1, wobei das Dichtungshalteelement mit dem Aufnahmeelement ver schraubbar ist.

5. Hydraulische Unterseekupplung nach Anspruch 1, wobei das Dichtungshalteelement befestigbar ist, um die ringförmige Metalldichtung zu komprimieren.

6. Hydraulische Unterseekupplung nach Anspruch 1, wobei das Dichtungshalteelement eine elastomere Dichtung aufweist, die zur Abdichtung gegen das Einsteckelement aus gelegt ist.

7. Hydraulische Unterseekupplung mit:

a) einem Aufnahmeelement mit einer Längsbohrung, das sich von seinem ersten zu einem zweiten Ende erstreckt,
b) einem Hülsenelement, das mit dem Aufnahmeelement in Ein griff bringbar ist und gegen das erste Ende des Aufnahme elementes befestigbar ist,
c) einem Einsteckelement mit einem Außenumfang, das ver schiebbar durch das Hülsenelement in die Längsbohrung des Aufnahmeelementes einbringbar ist, und
d) einer flexiblen ringförmigen Metalldichtung mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt, wobei der er ste Abschnitt zwischen dem Hülsenelement und dem ersten Ende des Aufnahmeelementes verklemmt ist und der zweite Ab schnitt sich radial vom ersten Abschnitt nach innen er streckt und eine bogenförmige Außenfläche aufweist, die in Anlage an den Außenumfang des Einsteckelementes bringbar ist.

8. Hydraulische Unterseekupplung nach Anspruch 7, wobei die Dichtung eine Innenfläche aufweist, die dem Fluiddruck in der Längsbohrung des Aufnahmeelementes ausge setzt ist, wobei der Fluiddruck den zweiten Abschnitt nach innen zwängt.

9. Hydraulische Unterseekupplung nach Anspruch 7, wobei der zweite Abschnitt der ringförmigen Metalldichtung im wesentlichen zylindrischen Querschnitt aufweist, wobei eine Öffnung darin vorgesehen ist.

10. Hydraulische Unterseekupplung nach Anspruch 7, wobei das Einsteckelement und das Aufnahmeelement Ventile aufweisen, um Fluidfluß durch die Kupplung zu steuern, wo bei die Ventile gegenseitig in Eingriff bringbare Ventilbetätigungen aufweisen, um die Ventile bei Einbringen des Einsteckelementes in die Längsbohrung des Aufnahmeele mentes zu öffnen.

11. Hydraulische Unterseekupplung nach Anspruch 7, wobei das Hülsenelement mit dem Aufnahmeelement verschraubt ist.

12. Hydraulische Unterseekupplung nach Anspruch 7, wobei das Hülsenelement eine Außenhülse und eine Innenhülse und dazwischen eine elastomere Dichtung aufweist.

13. Aufnahmeelement einer Hydraulikkupplung mit:

a) einem Körper mit einer Längsachse mit einem ersten und einem zweiten Ende, einer Längsbohrung entlang der Achse, einer Aufnahmekammer angrenzend an das erste Ende und einem Ventil, das in die geschlossene Position vorgespannt ist, angrenzend an das zweite Ende, wobei das Ventil eine Ven tilbetätigung aufweist, um das Ventil in die Öffnungsposi tion zu zwängen,
b) einem Dichtungshalteelement, das mit dem Körper in Ein griff bringbar ist und eine Außenschulterfläche aufweist, die zur Anlage gegen das erste Ende des Körpers ausgebildet ist, und
c) einer flexiblen ringförmigen Metalldichtung mit einem Beinabschnitt, der zwischen die Außenschulterfläche und das erste Ende des Körpers klemmbar ist, und einem Hohlab schnitt, der sich radial nach innen von dem Beinabschnitt erstreckt und zumindest teilweise zylindrisch im Quer schnitt ist.

14. Aufnahmeelement nach Anspruch 13, wobei der Hohlabschnitt einen Durchlaß aufweist, wodurch der Hohlabschnitt in Abhängigkeit von Fluiddruck in der Längsbohrung, der in den Hohlabschnitt eindringt, expan diert.

15. Aufnahmeelement nach Anspruch 13, wobei das Dichtungshalteelement an dem Körper befestigbar ist.

16. Aufnahmeelement nach Anspruch 13, wobei die Ventilbetätigung sich längs entlang der Achse in die Aufnahmekammer erstreckt.

17. Aufnahmeelement nach Anspruch 13, wobei zumindest ein Teil des Hohlabschnittes der Dichtung sich radial in die Aufnahmekammer erstreckt.