NO342466B1

NO342466B1 - Sondetetning med trykkaktiverte tetningselementer og undersjøisk hydraulisk kopling

Info

Publication number: NO342466B1
Application number: NO20092856A
Authority: NO
Inventors: Robert E Smith
Original assignee: Nat Coupling Co Inc
Priority date: 2008-05-01
Filing date: 2009-08-18
Publication date: 2018-05-28
Also published as: BRPI0901008B1; BRPI0901008A2; WO2009135003A1; US8075025B2; GB2461650B; DE112009000998B4; DE112009000998T5; NO20092856L; US7954859B2; GB0914968D0; GB2461650A; US20090273144A1; US20090273181A1

Abstract

En sondetetning av kronetypen for et hydraulisk hunnkoplingsorgan har en eller flere trykkaktiverte tetninger for tetting mellom sondetetningen og kroppen av koplingsorganet som holder sondetetningen på plass. Den generelt ringformede sondetetning har ett eller flere ringformede fluidkamre i veggen av tetningens kropp. Hvert ringformede fluidkammer er åpen mot den ytre omkrets av sondetetningen. Hydraulikkfluid under trykk kan gå inn i det ringformede fluidkammer gjennom dets åpning og utøve en generelt radial kraft som et resultat av en trykkdifferanse. Denne radiale kraft kan virke til å øke den tettende effektivitet for sondetetningen både mot kroppen av koplingsorganet som holder sondetetningen på plass og mot sonden av et hannkoplingsorgan som er innsatt i mottakskammeret i hunnorganet.

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

1. Oppfinnelsens område

Denne oppfinnelse vedrører hydrauliske koplingsorganer. Mer bestemt vedrører den høytrykks, hunnkoplingsorganer for undersjøisk anvendelse innen applikasjoner med leting etter og produksjon av olje og gass.

Et bredt mangfold av hydrauliske koplingsorganer er kjent innen teknikken. En kopling utgjøres typisk av to organer – et hannorgan som har en generelt sylindrisk sonde og et hunnorgan som har et mottakskammer utstyrt med en eller flere tetninger for tilveiebringelse av en fluidtett radial tetning mot den ytre overflate av sondeelementet av hannorganet.

For høy temperatur, høytrykksapplikasjoner, har en sondetetning som har en svalehale-sammen-låsingspasning med en tetningsholder eller tetningspatron i et hunnkoplingsorgan vist seg å være en særlig effektiv konfigurasjon.

US-patent nr. 5.099.882 og 5.203.374 offentliggjør en trykkbalansert hydraulisk kopling med et mangfold av tetninger som har en svale-halesammenlåsingspasning som hindrer radial bevegelse av tetningen inn i boringen. Denne trykkbalanserte kopling har radiale passasjer som kommuniserer mellom hann- og hunnorganene, slik at betydelig fluidtrykk ikke utøves mot fronten av hvert av organene under kopling eller frakopling eller under den koplede tilstand. Radiale passasjer i hann- og hunnorganene passer sammen ved sine langsgående overflater, slik at fluidtrykk mellom hann- og hunnorganene er i en hovedsakelig radial retning og ikke utøves ved fronten av hvert av organene. Et første par av tetninger er posisjonert på hver side av den radiale passasje for tetting mellom mottakskammeret og tetningsholderen. Et annet par av tetninger er posisjonert på hver side av den radiale passasje for tetting mellom tetningsholderen og hannorganet.

US-patent nr. 5.390.702 offentliggjør en undersjøisk hydraulisk kopling som har et hannorgan med en avtrappet ytre kropp som settes inn i et hunnorgan som har en boring med avtrappet indre sylindrisk overflate. Avtrappingen i hannorganet avgrenser første og andre utvendige sylindriske overflater som mottas forskyvbart i hunnorganets boring og i et hylseorgan før tetningene, som holdes på plass av hylseorganet, går i inngrep med hannorganet. Hannorganet blir således mer nøyaktig posisjonert og styrt inn i tetningene, hvilket sørger for større tetningspålitelighet og lengre tetningslevetid. De avtrappede overflater hjelper også til med å hindre implosjon av tetningene på grunn av sjøens trykk når enden av hannorganet kommer ut av tetningene.

US-patent nr. 6.123.103 offentliggjør en annen trykkbalansert hydraulisk kopling til anvendelse i undersjøiske bore- og produksjonsoperasjoner, hvilken er utstyrt med tetninger av svalehaletypen. Hunnorganet har en delt kropp med en første del og en annen del, som hver har en langsgående passasje og en radial fluidpassasje. En radial tetning er posisjonert på forbindelsen mellom de første og andre deler av hunnorganets kropp for å lette uttak og tilbakesetting av den radiale tetning når den delte kropp tas fra hverandre. Hannorganet kan settes inn gjennom de første og andre deler av hunnkoplingsorganet, hvilket etablerer fluidkommunikasjon mellom koplingsorganene i en retning på tvers av koplingsorganboringene.

US-patent nr. 6.206.040 offentliggjør en annen undersjøisk hydraulisk kopling med tetninger som har en svalehaleprofil. Denne undersjøiske hydrauliske kopling har en avtrappet indre boring som er dimensjonert til å øke strømningsmengden gjennom koplingen. Koplingen tillater en økt strømningsmengde uten øking av størrelsen eller vekten av koplingen, ved posisjonering av tallerkenventilen i kroppsseksjonen, istedenfor i sondeseksjonen, av hannkoplingsorganet.

US-patent nr. 6.575.430 offentliggjør et undersjøisk hydraulisk koplingsorgan som har en ringformet tetning med flere tetningsoverflater som strekker seg innover fra den indre overflate i en radial retning. De flere tettende overflater hjelper til med å styre sonden av hannkoplingsorganet inn i hunnorganet uten fare for bevegelsesmotstand eller avslitning av mottakskammeret eller metalltetningen som holdes på plass deri. Tetningen har motsatte skrå skuldrer som tilveiebringer en sammenlåsingspasning i hunnorganet for å holde tetningen tilbake fra å bevege seg radialt innover på grunn av vakuum eller lavt trykk i mottakskammeret.

US-patent nr. 4.190.259 beskriver en fluidtrykktetningsanordning med to elementer og en enkelt topp som har en konvergerende, avsmalnende overflate som avgrenser en sentral spiss eller topp som rager radialt ut fra tetningskroppen. Spissen danner et smalt, dynamisk tetningskontaktområde mellom toppen og overflaten av en tilgrensende maskinert del. Tetninger av denne type er tilgjengelige fra Macrotech Polyseal, Inc. (Salt Lake City, Utah 84126) under varemerket CROWN SEAL<®>.

US-patent nr. 6.179.002 beskriver en undersjøisk hydraulisk kopling med en trykkaktivert svalehaletetning. Tetningen har et par fleksible tetningsoverflater for tetting mot hann- og hunnkoplingsorganene, og et hulrom derimellom som er blottlagt for fluidtrykk i koplingen. Den ytre omkrets av tetningen har en svalehalesammenpasning mellom skrå skuldrer i hunnorganets boring og på en tetningsholder som holder tetningen i boringen.

US-patent nr. 5.052.439 og 4.900.071 beskriver en undersjøisk hydraulisk kopling som inkluderer et hannorgan og et hunnorgan, og en holder i to deler for å holde tilbake radial bevegelse av en kileformet ringformet tetning inn i den sentrale boring i hunnorganet. Holderen i to deler inkluderer et sylindrisk holderhylseorgan som er forskyvbart mottatt inne i hunnorganets boring, og et gjenget holderlåseorgan som er skrudd til sammenpassende gjenger i veggen av den sentrale boring. Holderlåseorganet holder holderhylseorganet på plass inne i hunnorganets boring. Den ringformede tetning holdes tilbake fra radial bevegelse ved hjelp av en svalehale-sammen-låsingspasning med en sammen-passende skulder på i det minste det ene av holderhylsen og holderlåseorganene.

Fra US 3124367 fremgår det en rørforbindelse, og mer spesielt til elastiske tetningsringer som kan benyttes i forbindelse med keramikk - eller støpejerns-rør.

Fra US 4350350 fremgår det en selvkompenserende pakning for enderørkoplinger med spor for bruk ved tetting av forbindelser av rør-ender.

Kort sammenfatning av oppfinnelsen

En sondetetning for et hydraulisk hunnkoplingsorgan har en eller flere langs omkretsen anordnede trykkaktiverte tetninger for tetting mellom sondetetningen og kroppen av koplingsorganet. Et ringformet hulrom i veggen av sondetetningen er åpen mot den ytre overflate av den generelt ringformede sondetetning. Hydraulikkfluid under trykk kommer inn i det ringformede hulrom gjennom åpningene og utøver en radial kraft på tettende elementer. I visse foretrukne utførelser er det ringformede hulrom generelt L-formet i tverrsnitt; i andre foretrukne utførelser er det ringformede hulrom generelt T-formet i tverrsnitt. I enkelte utførelser brukes også en trykkdifferanse for å overføre en innover-rettet radial kraft til kronetetningen.

Foreliggende oppfinnelse er særlig egnet til å tilveiebringe en sondetetning for et hydraulisk hunnkoplingsorgan, omfattende:

en generelt ringformet kropp som har en første ende, en motstående andre ende, en generelt sylindrisk ytre overflate og en generelt sylindrisk indre overflate;

et ringformet kammer inne i den ringformede kroppen mellom den indre overflaten og den ytre overflaten;

en fluidpassasje som forbinder det ringformede kammeret med den ytre overflaten;

minst ett radialt tettende fremspring som strekker seg fra den indre overflaten.

Foreliggende oppfinnelse er videre egnet til å tilveiebringe en undersjøisk hydraulisk koplingsorgan, omfattende: (a) et hunnorgan som har en indre boring og et mottakskammer som har en flerhet av indre skuldrer deri; og et par av motsatt skrå skulderoverflater i hunnorganets boring; og (b) en ringformet tetning som kan settes inn i mottakskammeret mellom paret av motsatt skrå skulderoverflater, idet tetningen har en ytre omkrets og en indre omkrets, den aksiale dimensjonen til den ringformede kroppen ved den ytre omkretsen er større enn den aksiale dimensjonen til det ringformede legemet ved den indre omkretsen, den ytre omkretsen har et tykkere tverrsnitt enn den indre omkretsen, paret av motsatt skrå skulderoverflater holder tetningen tilbake fra å bevege seg radialt innover, tetningen har minst to radialt tettende overflater som strekker seg radialt innover fra den indre omkretsen og et ringformet kammer inne i den ringformede kroppen mellom den indre overflaten og den ytre overflaten med en fluidpassasje som forbinder det ringformede kammeret med den ytre overflaten.

Kort beskrivelse av figurene

Figur 1 er et tverrsnittsriss av en hydraulisk hunnkopling som er utstyrt med en sondetetning ifølge kjent teknikk.

Figur 2A er et tverrsnittsriss av en trykkaktivert sondetetning i henhold til en første utførelse.

Figur 2B er et tverrsnittsriss av en trykkaktivert sondetetning i henhold til en annen utførelse.

Figur 2C er et tverrsnittsriss av en trykkaktivert sondetetning i henhold til en tredje utførelse.

Figur 2D er et tverrsnittsriss av en trykkaktivert sondetetning i henhold til en fjerde utførelse.

Figur 3 er et tverrsnittsriss av et hydraulisk hunnkoplingsorgan som er utstyrt med en trykkaktivert sondetetning i henhold til den utførelse som er illustrert på figur 2D.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Som vist på figur 1, i en kopling ifølge kjent teknikk, omfatter et hunnorgan 20 en kropp 21, et håndtak 48 som kan være skrudd til en manifoldplate, og en sentral boring 32 som har flere variasjoner i sin diameter ettersom den strekker seg gjennom hunnorganet. Den første ende av boringen kan være innvendig gjenget for forbindelse til en hydraulikkledning. Andre forbindelsesmidler som er kjent innen teknikken kan benyttes, inkludert sveising, stuking, klemring-koplinger og lignende. En sylindrisk passasje strekker seg i lengderetningen inne i hunnorganets kropp og avsluttes ved et ventilsete 27. I umiddelbar nærhet av ventilsetet 27 er det en skulder 33 som danner en ende av et mottakskammer 34.

I koplingen illustrert på figur 1 har mottakskammeret, som mottar sonden av hannorganet, en avtrappet innvendig diameter med indre skuldrer 33, 35 og 63. Mottakskammeret har en første mindre diameter 43 og en annen større diameter 47.

Hunnorganet 20 kan inkludere en valgfri tallerkenventil 28 som er dimensjonert til å gli inne i den sylindriske passasje. Tallerkenventilen kan være konisk i form og presses av en ventilfjær 41 inn i en stengt posisjon mot ventilsetet 27. Når tallerkenventilen er i en stengt posisjon mot ventilsetet, tetter den fluid fra å strømme mellom hannorganet og hunnorganet. En hul fjærkrage 42 forankrer ventilfjæren 41 og holdes på plass av en krageklemme 45. En aktuator 44 strekker seg fra toppen av tallerkenventilen.

Den ringformede tetning 50 er posisjonert i mottakskammeret i hunnorganet. Den ringformede tetning kan være en elastomer- eller polymertetning som er fleksibel og fjærende. I andre utførelser kan tetningen 50 være fabrikkert av en konstruksjonsplast, så som polyetereterketon (PEEK). Tetningen 50 har en første skrå skulderoverflate 52 og en annen skrå skulderoverflate 51. Den aksiale tykkelse av den elastomeriske tetning er ved sin ytre omkrets (tilgrensende elementet 69 på figur 1) større enn den aksiale tykkelse av tetningen ved den indre omkrets 67. Tetningen har således et generelt kileformet tverrsnitt. Tetningen 50 kan ha en eller flere radiale tettende overflater 55, 56 som strekker seg innover fra tetningens indre omkrets 67. Hver av de radiale tettende overflater strekker seg innover fra den indre omkrets for inngrep med sonden av hannorganet når sonden settes inn gjennom tetningen. De radiale tettende overflater kan deformeres elastisk av sonden når den settes inn gjennom tetningen. De radiale tettende overflater 55 og 56 tilveiebringer styrepunkter for å hjelpe til med å innrette og styre sonden av hannorganet når det settes inn gjennom tetningen og inn i mottakskammeret 34.

I hunnkoplingsorganet som er illustrert på figur 1, har tetningen spor i sin ytre omkrets 66. O-ringer 57, 58 eller lignende tetninger kan være posisjonert i hvert av sporene. Alternativt kan tetningen 50 ha en flerhet av integrerte tettende fremspring som strekker seg fra dens ytre omkrets.

I hunnkoplingsorganet som er vist på figur 1, motvirkes implosjon av tetningen inn i mottakskammeret på grunn av lavt trykk eller vakuum, fordi tetningen har en sammenlåsingspasning med den motsatt skrå skulderoverflate 62 av tetningsholderen 29 og den motsatt skrå skulderoverflate 61 av låseorganet 30. Tetningsholderen kan være en sylindrisk hylse som glir inn i den annen diameter 47 i mottakskammeret. Alternativt kan tetningsholderen være skrudd til hunnorganet eller være i inngrep med hunnorganet ved hjelp av andre midler. I den illustrerte kopling, når tetningsholderen er i fullt inngrep med hunnorganet, ligger den første ende 46 av tetningsholderen an mot skulderen 63. Tetningsholderen holder den hule, radiale metalltetning 31 på den indre skulder 35.

I det illustrerte hunnkoplingsorgan, har tetningsholderen en første indre omkretsoverflate 59 tilstøtende den første ende av denne og en annen indre omkretsoverflate 69 tilstøtende den annen ende av denne. Den innvendige diameter av den første indre omkretsoverflate er mindre enn den innvendige diameter av den annen indre omkretsoverflate. Den motsatt skrå skulder 62 befinner seg mellom de første og andre indre omkretsoverflater. Den motsatt skrå skulder har en sammenlåsingspasning med tetning 50 for å holde tetningen tilbake fra å bevege seg innover i en radial retning. En O-ring 49 er posisjonert i et spor ved den første ende 46 av tetningsholderen for å tilveiebringe en retning av flatetypen mellom tetningsholderen og skulderen 63.

I den illustrerte kopling går låseorganet 30 i inngrep med hunnkoplingsorganet med gjenger 53. Andre inngrepmidler som er kjent innen teknikken kan brukes. Når låseorganet er fullstendig fastgjort til hunnkoplingsorganet, ligger den første ende 64 an mot tetningsholderen 29 og holder tetningsholderen på plass. Låseorganet 30 har en sentral åpning med en innvendig diameter 54 som tillater innsetting av sonden av hannorganet. Den motsatt skrå skulderoverflate 61 holder tetningen 50 på plass og holder tetningen tilbake fra å bevege seg innover i en radial retning.

Oppfinnelsen kan best forstås med henvisning til bestemte utførelser. Figur 2A viser en sondetetning i henhold til en første utførelse av oppfinnelsen. Sondetetningen 100 omfatter en ringformet kropp 110 som har en avskrådd skulder 112 på en første ende av denne og en motstående avskrådd skulder 114 på en annen ende. De avskrådde skuldrer 112 og 114 gjør det mulig for sondetetningen 100 å ha en svalehalesammenlåsingspasning med kroppen, tetningsholderen eller tetningspatronen av et hydraulisk hunnkoplingsorgan så som det som er illustrert på figur 1. Svalehale-sammen-låsings-pasningen motvirker innover-rettet radial bevegelse av sondetetningen 100 som respons på redusert trykk i mottakskammeret i hunnkoplingsorganet, så som kan skje under uttrekking av sonden av et hannkoplingsorgan.

Ett eller flere radialt tettende fremspring 116 strekker seg fra den indre omkrets 120 av den ringformede kropp 110 og kan være dimensjonert og gitt en slik avstand at de tetter mot den ytre omkrets av en generelt sylindrisk sonde av et korresponderende hannkoplingsorgan. I de illustrerte utførelser er de tettende fremspring 116 generelt trekantet i tverrsnitt. De tettende fremspring 116 kan ha andre konfigurasjoner, inkludert, men ikke begrenset til, trykkaktiverte konfigurasjoner, så som det offentliggjøres i US-patent nr.6.575.430 tilhørende Robert E. Smith, III.

Den ytre omkrets 118 av den ringformede kropp 110 har et par av høytrykksfluidkamre 122 symmetrisk anordnet omkring en senterseksjon 128, og som åpner (ved 123) til den ytre, generelt sylindriske overflate av kroppen 110. Hydraulikkfluid, under trykk, som kan lekke forbi den primære sondetetning 31, kan gå inn i det ene eller begge fluidkamre 122 gjennom åpningen ved 123. Ettersom det distale parti av tetningen 100 hovedsakelig er ved omgivelsestrykk (typisk et lavere trykk enn det som er i hydraulikkfluidet), etableres en trykkdifferanse som utøver en utover-rettet, radial kraft på det distale trykkaktiverte tetningselement 124, hvor det distale parti 330 virker som et ”integrert hengsel” (”living hinge”) eller bøyeopplagring. Denne kraften virker slik at den øker den tettende effektivitet til tetningen 100 mot tetningsholderen 29 ved å øke trykket på den tettende overflate 126. I hunnkoplingsorganer som har en tetningspatron, virker den utover-rettede radiale kraft slik at den øker den tettende effektivitet til tetning 100 mot tetningspatronen. I hunnkoplingsorganer som ikke har en tetningsholder eller tetningspatron, virker den utover-rettede, radiale kraft slik at den øker den tettende effektivitet til tetningen 100 mot kroppen av hunnkoplingsorganet.

Differansetrykk virker også til å øke den tettende effektivitet til det eller de radialt tettende fremspring 116 mot sondeelementet av det korresponderende hannkoplingsorgan. Når trykket i mottakskammeret 34 i hunnkoplingsorganet 20 er mindre enn trykket i de ringformede fluidkamre 122, overføres en innover-rettet radial kraft som virker til å presse det eller de tettende fremspring 116 mot overflaten av en hannsonde som er innsatt i mottakskammeret i hunnkoplingen.

I undertrykksituasjoner – det vil si hvor trykket inne i mottakskammeret i hunnkoplingsorganet er lavere enn omgivelsestrykket, slik det ofte skjer under uttrekking av sonden, danner trykkdifferansen en utover-rettet, radial kraft mot det proksimale trykkaktiverte tetningselement 124, hvilket øker den tettende effektivitet ved den tettende overflate 126. Symmetrien til tetningen 100 omkring dens midtlinje tillater dens installasjon i et hunnkoplingsorgan, så som det som er illustrert på figur 1, uten hensyn på dets orientering. Dette trekk reduserer muligheten for en feil koplingssammenstilling.

Figur 2B viser en sondetetning i henhold til en annen utførelse av oppfinnelsen. Sondetetningen 200 omfatter en ringformet kropp 210 som har en avskrådd skulder 212 på en første ende av denne og en motstående avskrådd skulder 214 på en annen ende. De avskrådde skuldrer 212 og 214 gjør det mulig for sondetetningen 200 å ha en svalehalesammenlåsingspasning med kroppen, tetningsholderen eller tetningspatronen av et hydraulisk hunnkoplingsorgan, så som det som er illustrert på figur 1. Svalehale-sammen-låsingspasningen motvirker innover-rettet radial bevegelse av sondetetningen 200 som respons på redusert trykk i mottakskammeret i hunnkoplingsorganet, så som det som kan skje under uttrekking av sonden av et hannkoplingsorgan.

Ett eller flere radialt tettende fremspring 216 strekker seg fra den indre omkrets 220 av den ringformede kropp 210 og kan være dimensjonert og gitt en slik avstand at de tetter mot den ytre omkrets av en generelt sylindrisk sonde av et korresponderende hannkoplingsorgan. I de illustrerte utførelser er de tettende fremspring 216 generelt trekantet i tverrsnitt. De tettende fremspring 216 kan ha andre konfigurasjoner, inkludert, men ikke begrenset til, trykkaktiverte konfigurasjoner, så som det offentliggjøres i US-patent nr.6.575.430 tilhørende Robert E. Smith, III.

Den ytre omkrets 218 av den ringformede kropp 210 har et par av høytrykksfluidkamre 222 symmetrisk anordnet omkring en senterseksjon 228, og som åpner (ved 223) til den ytre, generelt sylindriske overflate av kroppen 210. Hydraulikkfluid, under trykk, som kan lekke forbi den primære sondetetning 31, kan gå inn i det ene eller begge fluidkamre 222 gjennom åpningen ved 223. Ettersom det distale parti av tetningen 200 hovedsakelig er ved omgivelsestrykk (typisk et lavere trykk enn det som er i hydraulikkfluidet), etableres en trykkdifferanse som utøver en utoverrettet, radial kraft på det distale trykkaktiverte tetningselement 224, hvor det proksimale parti 231 virker som et ”integrert hengsel” (”living hinge”) eller bøyeopplagring. Denne kraften virker slik at den øker den tettende effektivitet til tetningen 200 mot tetningsholderen 29 ved å øke trykket på den tettende overflate 226. I hunnkoplingsorganer som har en tetningspatron, virker den utoverrettede radiale kraft slik at den øker den tettende effektivitet til tetningen 200 mot tetningspatronen. I hunnkoplingsorganer som ikke har en tetningsholder eller tetningspatron, virker den utover-rettede, radiale kraft slik at den øker den tettende effektivitet til tetningen 200 mot kroppen av hunnkoplingsorganet.

Differansetrykk virker også til å øke den tettende effektivitet til det eller de radialt tettende fremspring 216 mot sondeelementet av et korresponderende hannkoplingsorgan. Når trykket i mottakskammeret 34 i hunnkoplingsorganet 20 er mindre enn trykket i fluidkamrene 222, overføres en innover-rettet radial kraft som virker til å presse det eller de tettende fremspring 216 mot overflaten av en hannsonde som er innsatt i mottakskammeret i hunnkoplingen.

I undertrykksituasjoner – det vil si hvor trykket inne i mottakskammeret i hunnkoplingsorganet er lavere enn omgivelsestrykket, slik det ofte skjer under uttrekking av sonden, danner trykkdifferansen en utover-rettet, radial kraft mot det proksimale trykkaktiverte tetningselement 224, hvilket øker den tettende effektivitet ved den tettende overflate 226. Symmetrien til tetningen 200 omkring dens midtlinje tillater dens installasjon i et hunnkoplingsorgan, så som det som er illustrert på figur 1, uten hensyn på dens orientering. Dette trekk reduserer muligheten for en feil koplingssammenstilling.

Figur 2C viser en sondetetning i henhold til en tredje utførelse av oppfinnelsen, hvor det ringformede fluidkammer i veggen i tetningen generelt er T-formet i tverrsnitt. En sondetetning 300 omfatter en ringformet kropp 310 som har en avskrådd skulder 312 på en første ende av denne og en motstående avskrådd skulder 314 på en annen ende. De avskrådde skuldrer 312 og 314 gjør det mulig for sondetetningen 300 å ha en svalehalesammenlåsingspasning med kroppen, tetningsholderen eller tetningspatronen av et hydraulisk hunnkoplingsorgan, så som det som er illustrert på figur 1. Svalehale-sammen-låsingspasningen motvirker innover-rettet radial bevegelse av sondetetningen 300 som respons på redusert trykk i mottakskammeret i hunnkoplingsorganet, så som det som kan skje under uttrekking av sonden av et hannkoplingsorgan.

Ett eller flere radialt tettende fremspring 316 strekker seg fra den indre omkrets 320 av den ringformede kropp 310 og kan være dimensjonert og gitt en slik avstand at de tetter mot den ytre omkrets av en generelt sylindrisk sonde av et korresponderende hannkoplingsorgan. I de illustrerte utførelser er de tettende fremspring 316 generelt trekantet i tverrsnitt. De tettende fremspring 316 kan ha andre konfigurasjoner, inkludert, men ikke begrenset til, trykkaktiverte konfigurasjoner, så som det offentliggjøres i US-patent nr.6.575.430 tilhørende Robert E. Smith, III.

Veggen av den ringformede kropp 310 har et ringformet kammer 322 med et generelt T-formet tverrsnitt for høytrykksfluid som er åpen (ved 323) mot den ytre, generelt sylindriske overflate 318 av kroppen 310. Hydraulikkfluid, under trykk, som kan lekke forbi den primære sondetetning 31, kan gå inn i fluidkammeret 322 gjennom åpningen ved 323. Ettersom det distale parti av tetningen 300 hovedsakelig er ved omgivelsestrykk (typisk et lavere trykk enn det som er i hydraulikkfluidet), etableres en trykkdifferanse som utøver en utover-rettet, radial kraft på det distale trykkaktiverte tetningselement 324, hvor partiet 330 virker som et ”integrert hengsel” (”living hinge”) eller bøyeopplagring. Denne kraften virker slik at den øker den tettende effektivitet til tetningen 300 mot tetningsholderen 29 ved å øke trykket på de tettende overflater 326. I hunnkoplingsorganer som har en tetningspatron, virker den utover-rettede radiale kraft slik at den øker den tettende effektivitet til tetningen 300 mot tetningspatronen. I hunnkoplingsorganer som ikke har en tetningsholder eller tetningspatron, virker den utover-rettede, radiale kraft slik at den øker den tettende effektivitet til tetningen 300 mot kroppen av hunnkoplingsorganet.

Differansetrykk virker også til å øke den tettende effektivitet til det eller de radialt tettende fremspring 316 mot sondeelementet av et korresponderende hannkoplingsorgan. Når trykket i mottakskammeret 34 i hunnkoplingsorganet 20 er mindre enn trykket i fluidkamrene 322, overføres en innover-rettet radial kraft som virker til å presse det eller de tettende fremspring 316 mot overflaten av en hannsonde som er innsatt i mottakskammeret i hunnkoplingen.

I undertrykksituasjoner – det vil si hvor trykket inne i mottakskammeret i hunnkoplingsorganet er lavere enn omgivelsestrykket, slik det ofte skjer under uttrekking av sonden, danner trykkdifferansen en utover-rettet, radial kraft mot det proksimale trykkaktiverte tetningselement 324, hvilket øker den tettende effektivitet ved den tettende overflate 326. Symmetrien til tetningen 300 omkring dens midtlinje tillater dens installasjon i et hunnkoplingsorgan, så som det som er illustrert på figur 1, uten hensyn på dens orientering. Dette trekk reduserer muligheten for en feil koplingssammenstilling.

Figur 2D viser en fjerde utførelse av oppfinnelsen som, ulikt de andre illustrerte utførelser, ikke er symmetrisk omkring midtlinjen til tetningskroppen 410. Tetningen 400 har følgelig en foretrukket orientering i kroppen av hunnkoplingsorganet.

Figur 2C viser en sondetetning i henhold til oppfinnelsen som har et enkelt ringformet fluidkammer i veggen i tetningen. Det ringformede fluidkammer er generelt L-formet i tverrsnitt. Sondetetningen 400 omfatter en ringformet kropp 410 som har en avskrådd skulder 412 på en første ende av denne og en motstående avskrådd skulder 414 på en annen ende. De avskrådde skuldrer 412 og 414 gjør det mulig for sondetetningen 400 å ha en svalehalesammenlåsingspasning med kroppen, tetningsholderen eller tetningspatronen av et hydraulisk hunnkoplingsorgan, så som det som er illustrert på figur 1. Svalehale-sammenlåsingspasningen motvirker innover-rettet radial bevegelse av sondetetningen 400 som respons på redusert trykk i mottakskammeret i hunnkoplingsorganet, så som det som kan skje under uttrekking av sonden av et hannkoplingsorgan.

Ett eller flere radialt tettende fremspring 416 strekker seg fra den indre omkrets 420 av den ringformede kropp 410 og kan være dimensjonert og gitt en slik avstand at de tetter mot den ytre omkrets av en generelt sylindrisk sonde av et korresponderende hannkoplingsorgan. I de illustrerte utførelser er de tettende fremspring 416 generelt trekantet i tverrsnitt. De tettende fremspring 416 kan ha andre konfigurasjoner, inkludert, men ikke begrenset til, trykkaktiverte konfigurasjoner, så som det offentliggjøres i US-patent nr.6.575.430 tilhørende Robert E. Smith, III.

Veggen av den ringformede kropp 410 har et ringformet kammer 422 med et generelt L-formet tverrsnitt for høytrykksfluid som er åpen (ved 423) mot den ytre, generelt sylindriske overflate 418 av kroppen 410. Hydraulikkfluid, under trykk, som kan lekke forbi den primære sondetetning 41, kan gå inn i fluidkammeret 422 gjennom åpningen ved 423. Ettersom det distale parti av tetningen 400 hovedsakelig er ved omgivelsestrykk (typisk et lavere trykk enn det som er i hydraulikkfluidet), etableres en trykkdifferanse som utøver en utover-rettet, radial kraft på det distale trykkaktiverte tetningselement 424, hvor partiet 430 virker som et ”integrert hengsel” (”living hinge”) eller bøyeopplagring. Denne kraften virker slik at den øker den tettende effektivitet til tetningen 400 mot tetningsholderen 29 ved å øke trykket på de tettende overflater 426. I hunnkoplingsorganer som har en tetningspatron, virker den utover-rettede radiale kraft slik at den øker den tettende effektivitet til tetningen 400 mot tetningspatronen. I hunnkoplingsorganer som ikke har en tetningsholder eller tetningspatron, virker den utover-rettede, radiale kraft slik at den øker den tettende effektivitet til tetningen 400 mot kroppen av hunnkoplingsorganet.

Differansetrykk virker også til å øke den tettende effektivitet til det eller de radialt tettende fremspring 416 mot sondeelementet av et korresponderende hannkoplingsorgan. Når trykket i mottakskammeret 34 i hunnkoplingsorganet 20 er mindre enn trykket i fluidkammeret 422, overføres en innover-rettet radial kraft som virker til å presse det eller de tettende fremspring 416 mot overflaten av en hannsonde som er innsatt i mottakskammeret i hunnkoplingen.

På grunn av asymmetrien til det ringformede fluidkammer 422, er det foretrukket at den første ende av tetningen 400 – den ende som er nærmere den avskrådde skulder 412 – i hunnkoplingsorganet er orientert mot den side av mottakskammeret som har høyere trykk. I de fleste hunnkoplingsorganer er den side av mottakskammeret som har høyere trykk den side som er nærmere midten av koplingskroppen. Dette er fordi åpningen 423 er nærmere den første ende av tetningskroppen 410 nær skulderen 412 enn den annen ende av tetningskroppen 410 nær skulderen 414. Høytrykkshydraulikkfluid kommer inn i det ringformede kammer 422 gjennom åpningen 423. Trykkdifferansen presser den trykkaktiverte tetning 424 i en utover-rettet, radial retning, hvilket øker den tettende effektivitet til tetningen 400 ved den tettende overflate 426. Det vil forstås at den tettende overflate 426 fortrinnsvis er ”nedstrøms” fra åpningen 423, hvilket tillater hydraulikkfluid å gå inn i kammeret 422.

En fordel ved designen av tetningen 400 er at den trykkaktiverte tetning 424 kan være lengre enn det korresponderende element i de utførelser som har flere trykkaktiverte tetninger. Den større lengde (lengre kraftarm) til elementet 424 kan således tilveiebringe større fleksibilitet for en gitt trykkdifferanse. Dette kan være en særlig fordel når tetningskroppen 410 er fabrikkert av et stivere materiale, så som PEEK.

Figur 3 viser et hunnkoplingsorgan 20 som er utstyrt med en sondetetning 300 av den type som er illustrert på figur 2C. I koplingen som er illustrert på figur 3 har hunnkroppen 21 en motsatt skrå skulder i sin sentrale boring og holderen 30 har en korresponderende skrå skulder 61, hvilke sammen tilveiebringer en svalehalesammenlåsingspasning med de vinklede skuldrer på sondetetningen 300. Sondetetninger i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan også brukes i hunnkoplingsorganer som har tetningsholdere (som illustrert på figur 1) eller tetningspatroner. Sondetetninger i henhold til oppfinnelsen kan ettermonteres i hunnkoplingsorganer som har sondetetninger ifølge den kjente teknikk som er illustrert på figur 1.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet i detalj med henvisning til visse foretrukne utførelser, finnes det variasjoner og modifikasjoner innenfor oppfinnelsens omfang og idé slik dette er beskrevet og definert i de følgende krav.

Claims

P A T E N T K R A V

1. Sondetetning (100, 200, 300, 400) for et hydraulisk hunnkoplingsorgan (20), omfattende:

en generelt ringformet kropp (110, 210, 310, 410) som har en første ende, en motstående andre ende, en generelt sylindrisk ytre overflate og en generelt sylindrisk indre overflate;

en flerhet ringformede kamre (122, 222, 322, 422) inne i den ringformede kroppen (110, 210, 310, 410) mellom den indre overflaten og den ytre overflaten;

en korresponderende flerhet fluidpassasjer som forbinder hvert ringformede kammer (322, 422) med den ytre overflaten;

minst ett radialt tettende fremspring (116, 216, 316, 416) som strekker seg fra den indre overflaten.

2. Sondetetning (100, 200, 300, 400) ifølge krav 1, hvor det ringformede kammeret (322, 422) sammen med fluidpassasjen generelt er L-formet i tverrsnitt og avgrenser et aksialt fremspring som presses i en utover-rettet, radial retning av fluidtrykk inne i det ringformede kammeret (322, 422).

3. Sondetetning (100, 200, 300, 400) ifølge krav 1, hvor overflaten til den første enden og overflaten til den andre enden er anordnet i en spiss vinkel i forhold til den sentrale aksen i den generelt ringformede kroppen (110, 210, 310, 410).

4. Sondetetning (100, 200, 300, 400) ifølge krav 1, hvor flerheten av de ringformede kamrene (122, 222, 322, 422) og fluidpassasjene er symmetrisk plassert omkring midtlinjen til den generelt ringformede kroppen (110, 210, 310, 410).

5. Sondetetning (100, 200, 300, 400) ifølge krav 4, hvor fluidpassasjene er nær midtlinjen i den generelt ringformede kroppen (110, 210, 310, 410).

6. Sondetetning (100, 200, 300, 400) ifølge krav 4, hvor fluidpassasjene er nær endene av den generelt ringformede kroppen (110, 210, 310, 410).

7. Sondetetning (100, 200, 300, 400) ifølge krav 1, med en flerhet av radialt tettende fremspring (116, 216, 316, 416) (116), hvor hvert tettende fremspring (116) er anordnet i generelt radial innretting med et ringformet kammer (122, 222, 322, 422).

8. Sondetetning (100, 200, 300, 400) ifølge krav 1, hvor det ringformede kammeret (322, 422) sammen med fluidpassasjen er generelt T-formet i tverrsnitt og avgrenser et par av aksiale fremspring (116) som presses i en utover-rettet, radial retning av fluidtrykk inne i det ringformede kammeret (322, 422).

9. Sondetetning (100, 200, 300, 400) ifølge krav 8, videre omfattende et par av aksiale fremspring anordnet i generell innretting med en gren (arm) til det T-formede ringformede kammeret (122, 222, 322, 422).

10. Sondetetning (100, 200, 300, 400) ifølge krav 1, hvor den generelt ringformede kroppen med en første ende og en andre ende har en generelt sylindriske ytre overflaten med en ytre omkrets, og en generelt indre overflate med en innvendig omkrets, den aksiale dimensjonen til den ringformede kroppen (110, 210, 310, 410) ved den ytre omkretsen er større enn den aksiale dimensjonen til den ringformede kroppen ved den indre omkretsen;

et spor i den ytre overflaten har en første sidevegg, en motstående andre sidevegg og en bunn som forbinder den første sideveggen og den andre sideveggen;

et generelt aksialt fremspring som strekker seg fra den første veggen mot, men kortere enn til den andre veggen og som har en indre overflate generelt parallell med og forskjøvet fra bunnen i sporet, og en ytre overflate generelt i flukt med den ytre overflaten til den ringformede kroppen (110, 210, 310, 410);

11. Sondetetning (100, 200, 300, 400) ifølge krav 10, hvor fluidtrykk inne i sporet presser det generelt aksiale fremspringet i en utover-rettet, radial retning.

12. Sondetetning (100, 200, 300, 400) ifølge krav 10, hvor hver av overflatene til den første enden og overflaten til den andre enden er i en spiss vinkel i forhold til den sentrale aksen til den ringformede kroppen (110, 210, 310, 410).

13. Undersjøisk hydraulisk koplingsorgan, omfattende:

(a) et hunnorgan (20) som har en indre boring og et mottakskammer (34) som har en flerhet av indre skuldre deri; og et par av motsatt skrånende skulderoverflater (51, 52, 61, 62) i hunnorganets (20) boring; og

(b) en ringformet tetning som kan settes inn i mottakskammeret mellom paret av motsatt skrånende skulderoverflater (51, 52, 61, 62), idet tetningen har en ytre omkrets og en indre omkrets, den aksiale dimensjonen til den ringformede kroppen (110, 210, 310, 410) ved den ytre omkretsen er større enn den aksiale dimensjonen til det ringformede legemet ved den indre omkretsen, den ytre omkretsen har et tykkere tverrsnitt enn den indre omkretsen, paret av motsatt skrånende skulderoverflater (51, 52, 61, 62) holder tetningen tilbake fra å bevege seg radialt innover, tetningen har minst to radialt tettende overflater som strekker seg radialt innover fra den indre omkretsen og et ringformet kammer inne i den ringformede kroppen (110, 210, 310, 410) mellom den indre overflaten og den ytre overflaten med en fluidpassasje som forbinder det ringformede kammeret (322, 422) med den ytre overflaten.

14. Undersjøisk hydraulisk kopling ifølge krav 13, hvor den ringformede tetningen har et kileformet tverrsnitt og en svalehale-sammen-pasning med de motsatt skrånende skulderoverflatene (51, 52, 61, 62).

15. Undersjøisk hydraulisk kopling ifølge krav 13, hvor én av de motsatt skrånende skulderoverflatene (51, 52, 61, 62) er på et låseorgan (30) som kan bringes i inngrep med hunnorganet (20).

16. Undersjøisk hydraulisk kopling ifølge krav 13, videre omfattende en tetningsholder (29) og et låseorgan (30) for å holde holderen i hunnorganet (20), idet én i paret av motsatt skrånende skulderoverflater (51, 52, 61, 62) er på tetningsholderen (29) og den andre er på låseorganet (30).

17. Undersjøisk hydraulisk kopling ifølge krav 16, videre omfattende en hul trykkaktivert metalltetning som holdes på plass i hunnorganet (20) av tetningsholderen (29).

18. Undersjøisk hydraulisk kopling ifølge krav 13, videre omfattende: et låseorgan (30) i inngrep med mottakskammeret (34), idet låseorganet (30) har en første ende som passer sammen med den ringformede fjærende tetningen for å holde tetningen i mottakskammeret (34).

19. Undersjøisk hydraulisk kopling ifølge krav 18, videre omfattende en tetningsholder (29) som kan settes inn i mottakskammeret (34), idet tetningsholderen (29) har en indre skulderoverflate (51, 52, 61, 62) som passer sammen med den fjærende tetningen.

20. Undersjøisk hydraulisk kopling ifølge krav 18, hvor låseorganet (30) er en utvendig gjenget kropp som bringes i inngrep med mottakskammeret (34), idet en ende av låseorganet (30) har en motsatt skrå skulderoverflate (51, 52, 61, 62).

21. Undersjøisk hydraulisk kopling ifølge krav 18, hvor tetningsholderen (29) holder en trykkaktivert metalltetning på plass i hunnorganet (20).

22. Undersjøisk hydraulisk koplingsorgan ifølge krav 18, hvor tetningen er dimensjonert til å passe inn mellom skulderoverflaten (51, 52, 61, 62) av hunnorganet (20) og skulderoverflaten (51, 52, 61, 62) til låseorganet (30), idet den indre omkretsen har to tettende overflater som rager radialt innover derfra og et ringformet kammer inne i den ringformede tetningen mellom den indre omkretsen og den ytre omkretsen og en fluidpassasje som forbinder det ringformede kammeret (322, 422) med den ytre omkretsen.