NO317386B1

NO317386B1 - Undersjoisk hydraulisk koplingslegeme med primaer og sekundaer tallerkenventil

Info

Publication number: NO317386B1
Application number: NO20012626A
Authority: NO
Inventors: Iii Robert E Smith
Original assignee: Nat Coupling Co Inc
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2004-10-18
Also published as: AU4383501A; GB2363176B; GB0111458D0; BR0102149A; DE10123498B4; BR0102149B1; GB2363176A; US6237632B1; DE10123498A1; NO20012626L; NO20012626D0

Description

OPPFINNELSENS BAKGRUNN

1. Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse gjelder generelt hydrauliske koplinger som brukes i undersjøiske utborings- og produksjonsanvendelser. Nærmere bestemt gjelder oppfinnelsen et undersjøisk hydraulisk koplingslegeme med en primær tallerkenventil og en sekundær tallerkenventil for å oppnå høyere pålitelighet med hensyn til lekkasje når koplingen ikke er tilkoplet.

2. Beskrivelse av beslektet teknikk

Undersjøiske hydrauliske koplinger er tidligere kjent. Disse koplinger består generelt av en hanndel og en hunndel, med myke pakninger posisjonsinnstilt på hunndelen for avtetning av sammenkoplingen mellom hanndelen og hunndelen. Hunndelen utgjøres vanligvis av et sylinderformet legeme med en langsgående utboring med forholdsvis stor diameter i den ene ende og en langsgående utboring med forholdsvis liten diameter i den andre ende. Den smale utboring letter koplinger til hydrauliske ledninger, mens den store utboring inneholder myke pakninger og mottar hanndelen av koplingen. Hanndelen omfatter et sylinderformet parti, eller en sonde, ved sin ene ende og med en diameter som er omtrent lik diameteren av den store utboring i koplingens hunndel. Hanndelen omfatter også en tilkoplingsenhet ved sin andre ende for å lette tilkopling til hydrauliske ledninger. Når det sylinderformede parti av hanndelen føres inn i den store utboring i hunndelen, så vil i henhold til forskjellige utførelser av anordningen de myke pakninger, eller O-ringer, enten komme til anlegg mot ytterende eller fronten av hanndelen eller komme i inngrep med den sylinderformede sondevegg omkring dens ytre omkrets. Det hydrauliske fluid kan da fritt strømme gjennom hunndelen og hanndelen i koplingen, mens pakningene hindrer strømning fra å slippe ut omkring skjøten og sammenkoplingen.

Tallerkenventiler kan være installert i hunndelen og også i hanndelen av

koplingen. Hver slik tallerkenventil lukkes når koplingen bryter for derved å hindre fluid fra å lekke ut fra det utstyr som koplingen utgjør en del av. Fjærer eller andre forspenningsmidler er blitt anvendt for å drive disse tallerkenventiler til den normale lukkede stilling.

I den senere tid er en eller flere trykkaktiverte metallpakninger vært brukt i undersjøiske hydrauliske koplinger av den ovenfor angitte type. US patenter nr. 4.694.859 og 5.762.106 til Robert E. Smith III, og som er overdratt til National Coupling Company, Inc., viser f.eks. undersjøiske hydrauliske koplinger med radi-ale metallpakninger som befinner seg i inngrep ved diameteren av sonden eller hanndelen.

I undersjøisk hydraulisk utstyr av den ovenfor angitte type er det viktig å hindre eller nedsette til et minimum lekkasje av hydraulisk fluid fra hver av koplingene og det hydrauliske utstyr som koplingene utgjør en del av. Det er også viktig å hindre eller nedsette til et minimum inntrengning av sjøvann inn i koplingene og det hydrauliske utstyr. Skjønt trykkaktiverte metallkoplinger har vært effekti-ve når det gjelder å stoppe lekkasje når koplingene er lukket, er det likevel mulig at lekkasje kan finne sted rundt tallerkenventilen i en av eller begge koplingsdeler når disse ikke er innbyrdes sammenkoplet. Avfall utenfor det hydrauliske utstyr eller i selve utstyret vil f.eks. kunne sette seg fast inn eller omkring tallerkenventilen når koplingsdelene er skilt fra hverandre. Hvis dette er tilfelle, foreligger da et potensiale for lekkasje av hydraulisk fluid gjennom vedkommende koplingsdel fordi tallerkenventilen ikke er blitt lukket og avtettes korrekt mot ventilsete i koplings-delen.

Lekkasje av hydraulisk fluid fra den ene av eller begge koplingsdeler utgjør alvorlige potensielle omgivelsesfarer så vel som tap av hydraulisk funksjonsdyk-tighet for det underjordiske utstyr. Det er derfor truffet tiltak for å redusere eller eliminere lekkasje ved å sikre at ventilene er lukket og avtettet når koplingsdelene ikke er innbyrdes sammenkoplet. US patent 6.085.785 til Robert E. Smith III, og som er overdratt til National Coupling Company, Inc., angir f.eks. en undersjøisk hydraulisk kopling som omfatter en større fjær for å bidra til å presse tallerkenventilen lukket mot avtetningssetet og hindre eller nedsette til et minimum lekkasje når koplingsdelene er koplet fra hverandre.

Det er ønskelig å frembringe et forbedret apparat for å sikre at hydraulisk fluid ikke lekker ut fra den ene av eller begge koplingsdelene når disse koplingsdeler er skilt fra hverandre. Det er også ønskelig å frembringe en undersjøisk hydraulisk kopling med høyere pålitelighet når det gjelder å stenge av strømningen av hydraulisk fluid når koplingsdelene er koplet fra hverandre nede i sjøen.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Foreliggende oppfinnelse gjelder en undersjøisk hydraulisk kopling av den ovenfor angitte type som definert i det selvstendige krav 1 og som omfatter en hanndel, eller sonde, med en primær tallerkenventil og en sekundær tallerkenventil for derved å opprette høyere pålitelighet når det gjelder sikring mot lekkasje av hydraulisk fluid når koplingens hanndel og hunndel er koplet fra hverandre. Den primære eller første tallerkenventil presses da til den lukkede stilling ved hjelp av en første fjær. En første ventilutløser presser den første tallerkenventil til åpen stilling og presser sammen den første fjær. Den sekundære tallerkenventil, som da presses til lukket stilling ved hjelp av en andre fjær, åpnes da av en andre ven-tilutløser som reaksjon på sammentrykning av den første fjær. Den første fjær er innkoplet mellom den første ventil og den andre utløser. Dette ventilpar kan enten være plassert i hanndelen eller hunndelen av koplingen. Den sekundære tallerkenventil kan ha en stor diameter og være plassert i den seksjon av koplingslegemets utboring som har stor diameter, eller hvis så ønskes kan både den primære og sekundære tallerkenventil være plassert i utboring med samme diameter.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

De vedføyde tegninger utgjør en del av foreliggende fremstilling og er tatt med for ytterligere å vise visse aspekter ved oppfinnelsen. Oppfinnelsen vil bli bedre forstått ut i fra henvisning til en eller flere av disse tegninger i kombinasjon med den detaljerte beskrivelse av spesifikke utførelser som er angitt her. Fig. 1 viser et snitt gjennom en hanndel av koplingen i henhold til en første foretrukket utførelse av oppfinnelsen. Fig. 2 viser et snitt gjennom hanndelen av koplingen i henhold til en annen foretrukket utførelse av foreliggende oppfinnelse.

BESKRIVELSE AV FORETRUKNE UTFØRELSER

Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom en hanndel 10 av koplingen og omfatter en sylinderformet legemeseksjon 15 som ender i en skulder 18, samt en sylinderformet sondeseksjon 16. Denne sondeseksjon 16 har fortrinnsvis en avtrappet ytre diameter og ender i en fremre flate 17 på koplingens hanndel. Denne hanndel har fortrinnsvis en sylinderformet gjennomgående utboring med et første parti 21 som er ført frem til et konisk ventilsete 24 som er den fremre endeflate samt et andre parti 20 med mindre diameter og som forløper frem til det koniske ventilsete 23.

Den første, eller primære tallerkenventil 30 i hanndelen er glidbart plassert inne i det første parti 21 av utboringen. Denne tallerkenventil omfatter et sylinderformet, hult ventillegeme med åpninger 33. Ventilens endeflate har generelt konisk form og er dimensjonert for seteanlegg og avtetning mot ventilsetet 24. En første fjær 32 driver den første tallerkenventil til lukket stilling mot sitt ventilsete. En første ventilutløser 31 rager ut av den første tallerkenventil. Denne utløser er fortrinnsvis en spindel som rager ut i lengderetningen fra toppen av den koniske ventilflate.

Den første fjær 32 strekker seg mellom og danner forbindelse med den første tallerkenventil 30 og den andre aktuator 34. Den andre utløser er glidende anordnet i det smalere parti 21 av utboringen og omfatter fortrinnsvis et muffeformet legeme 35 med en konisk overflate som har åpninger 36 og en spindel som rager ut fra utløserens koniske overflate. I den utførelse som er vist i fig. 1, forhol-der det seg slik at når den første tallerkenventil 30 er lukket og danner avtetning mot det første ventilsetet 24, så vil den første fjær 32 drive den andre utløser i lengderetningen til en stilling inntil eller i anlegg mot frontflaten 46 på den andre tallerkenventil 40.1 denne første utførelse har den andre tallerkenventil en større diameter enn den første tallerkenventil og er glidbart posisjonsinnstilt i det andre parti 20 av koplingens utboring. Den andre fjær 41 driver den andre tallerkenventil 40 til lukket eller avtettet stilling mot avtetningssetet 23. Den andre fjær 41 er for-ankret i en fjærkrage 42 som fastholdes av en klemme 44 i veggen av utboringens andre parti 20.1 denne første utførelse har den andre fjær 41 en større diameter og en større kraftkonstant enn den første fjær 32.

Når dette koplingslegeme i henhold til den første utførelse av oppfinnelsen er sammenkoplet med det motstående koplingslegeme, blir den første utløser 31 beveget aksialt eller i lengderetningen for å åpne den første tallerkenventil og tryk-ke sammen den første fjær 32. Sammentrekningen av denne første fjær forskyver den andre utløser i lengderetningen eller aksialt mot den fremre flate 46 på den andre tallerkenventil for derved å drive denne andre tallerkenventil bort fra ventilsetet 23. Dette presser sammen da den andre fjær 41. Når den andre tallerkenventil 40 åpnes, vil dens ventillegeme gli aksial inntil det berører fjærkragen 42.

Som vist i denne første utførelse, forblir den andre tallerkenventil tett lukket for å hindre lekkasje av hydraulisk fluid, hvis da ikke den første tallerkenventil er blitt fullstendig åpnet. Denne første tallerkenventil kan f.eks. bare være litt åpen, og ikke danne avtetning, på grunn av at avfallsstykker er kommet inn i mellom-rommet mellom den første tallerkenventils ventillegeme og ventilsetet. Hvis dette er tilfelle, vil den andre tallerkenventil danne tetning for å hindre lekkasje av hydraulisk fluid gjennom koplingslegemet og forbli i avtettende stilling, hvis da ikke den førte utløser presser den første tallerkenventil til åpen stilling og den første fjær, nemlig den mellom den første tallerkenventil og den andre utløser, er sam-mentrykt tilstrekkelig til å åpne den andre tallerkenventil. Den andre tallerkenventil forblir således lukket og avtettende selv om det skulle forekomme lekkasje fordi den første tallerkenventil er litt åpen.

I en andre foretrukket utførelse av foreliggende oppfinnelse er den andre tallerkenventil plassert inne i en muffe i koplingslegemets utboring. Som vist har hannkoplingsdelen 50 en legemeseksjon 52 og en sondeseksjon 53 som ender i en frontflate 54. Den indre utboring har et første delavsnitt 57 og et andre delavsnitt 56 med større diameter enn det første parti. Et konisk ventilsete 58 er plassert nær frontflaten 54. En første tallerkenventil 59 er glidende anordnet inne i det første delavsnitt 57 av utboringen og har en utløser 60 som rager ut fra dens koniske flate. En første fjær 61 driver den første tallerkenventil til lukket stilling mot setet 58. Den første tallerkenventil har gjennomgående åpninger 62 i ventillege-met. Den første fjær 61 er koplet mellom den første tallerkenventil 59 og den andre utløser 63. Denne andre utløser 63 har et muffeformet legeme 64 samt en konisk overflate med åpninger 65 og en spindel som rager ut fra denne overflate for å ligge an mot eller berøre en endeflate 71 på den andre tallerkenventil. Slik som i den første utførelse kan den andre utløser ligge an mot eller være adskilt fra flaten 71 på den andre tallerkenventil når den første tallerkenventil befinner seg i avtettende stilling.

Delavsnittet 56 med stor diameter ender i en skulder 66. En O-ring 74 eller annen pakning avtetter fortrinnsvis forbindelsen mellom skulderen 66 og muffen 73. Denne muffe 73 har en indre utboring for å motta den andre tallerkenventil 67, som i sin normale, lukkede stilling danner avtetning sammen med det andre ventilsete 75, som da fortrinnsvis har konisk form. Den andre tallerkenventil drives mot sitt sete 75 av den andre fjær 69 som holdes på plass av en fjærkrage 72 og en klemme 70.1 den utførelse som er vist i fig. 2 fastholdes muffen 73 i det andre parti av utboringen ved hjelp av gjenger 76.

I henhold til den andre utførelse av oppfinnelsen er det således opprettet en sammenstilling som kan føres inn i koplingslegemets utboring, og derved gjør det mulig at første og andre tallerkenventil er av samme størrelse og reduserer den aksiale kraft som behøves for å åpne tallerkenventilene i visse anvendelser. Som i den første utførelse forblir den sekundære tallerkenventil lukket for å hindre lekkasje gjennom koplingen, hvis da ikke den første tallerkenventil befinner seg i full åpen stilling og den første fjær er fullstendig sammentrykket. Oppfinnelsen forbedrer påliteligheten for hydrauliske undervannskoplingslegemer og hindrer lekkasje ved å opprette en oppbakking eller en andre tallerkenventil. Hvis avfallsstykker eller annet materiale hindrer den første tallerkenventil fra å lukkes fullstendig og danne avtetning mot sitt ventilsete, så vil likevel den sekundære eller reser-ve tallerkenventil forbli lukket for derved å hindre lekkasje av hydraulisk fluid eller inntrengning av sjøvann i det hydrauliske utstyr som koplingen utgjør en del av. Foreliggende oppfinnelsesgjenstand kan anvendes enten i koplingens hanndel eller koplingens hunndel eller i begge koplingsdeler, hvis så ønskes.

Skjønt de forskjellige utførelsesvarianter av foreliggende oppfinnelse vil ikke kunne hver av dem frembringe alle fordeler ved oppfinnelsen, vil visse særtrekk være viktigere enn andre i forskjellige anvendelser av anordningen.

Claims

1. Undersjøisk hydraulisk koplingslegeme (10) som omfatter: et legeme med en utboring med et første avsnitt (21) og et første tetningssete (24) nær en første ende av legemet, en første tallerkenventil (30) glidbart anordnet i det første avsnitt (21) av utboringen, en første fjær (32) som presser den første tallerkenventil til lukket stilling mot det første tetningssete (24), samt en første aktuator (31) som rager ut fra den første tallerkenventil (30) for å kunne presse den første tallerkenventil (30) til åpen stilling som reaksjon på en aksial kraft som utøves på den første aktuator (31); karakterisert ved at et andre avsnitt (20) med en større diameter enn det første avsnitt (21), samt et andre tetningssete (23) mellom første avsnitt og det andre avsnitt; en andre tallerkenventil (40) som er glidbart anordnet i det andre avsnitt av utboringen, en andre fjær (41) som driver den andre tallerkenventil (40) til lukket stilling mot det andre ventilsete (23), samt en andre aktuator (34) som er glidbart anordnet i det første avsnitt (21) av utboringen for å drive den andre tallerkenventil (40) til åpen stilling som reaksjon på aksialkraft som utøves på den andre aktuator (34).

2. Undersjøisk hydraulisk koplingslegeme som angitt i krav 1, karakterisert ved at den andre aktuator (34) ligger an mot den andre tallerkenventil (40) for derved å kunne åpne den andre tallerkenventil som reaksjon på aksialkraft som utøves på den andre aktuator av den første fjær (32).

3. Undersjøisk hydraulisk koplingslegeme som angitt i krav 1, karakterisert ved at den andre aktuator (34) er løsgjort fra den andre tallerkenventil (40).

4. Undersjøisk hydraulisk koplingslegeme som angitt i krav 1, karakterisert ved at den andre fjær (41) har en større diameter enn den første fjær (32).

5. Undersjøisk hydraulisk koplingslegeme som angitt i krav 1, og som videre omfatter en muffe (73) i det andre avsnitt av utboringen, hvor denne muffe (73) har et avtetningssete (75) ved en første ende, den andre tallerkenventil er glidbart anordnet i muffen (73), og den andre fjær (41) presser den andre tallerkenventil (67) til lukket stilling mot ventilsetet (75) i muffen (73).