JPH0718518B2 - 流路用スイベル継手装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、一点係留装置に用いて好適の流路用スイベル
継手装置に関し、特にそのシール機構の改善をはかった
流路用スイベル継手装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、浮遊式石油生産設備等に用いられる一点係留装
置の流路部分には、流路用スイベル継手装置がそなえら
れている。

なお、浮遊式石油生産設備とは、海底油田あるいはガス
油田の近傍の海面上において、海底下から採取される原
油あるいは天然ガスの処理をして貯蔵および出荷を行な
う設備であり、海上に係留された貯蔵設備をそなえてい
る。この貯蔵設備には、原油や天然ガスの処理装置が搭
載されている。

そして、海底面の複数の抗口装置から海面の貯蔵設備上
に搭載されている処理装置へは、高温かつ高圧の原油あ
るいは天然ガスが送られる。また、処理装置から抗口装
置へはサービスまたはインジェクション用の高圧流体が
送られる。

このため、抗口装置と処理装置との間には、これらの流
体のための流路が形成されている。

一方、海面上の貯蔵設備は一点係留装置によって係留さ
れているため、波，風および潮流によって一点係留装置
を中心にして振れまわることがある。このため、回転中
心部には、流路用のスイベル継手装置が必要とされてい
る。

第11図および第12図は、従来の流路用スイベル継手装置
を示すもので、図示するように、流路用スイベル装置
は、内筒部材03と外筒部材02とから構成された環状チャ
ンバ01が単数または上下に複数連結されて構成されてい
る。

そして、内筒部材03と外筒部材02とは、相互に摺動しう
るようになっていて、この摺動部分は環状流路04が形成
されている。また、環状流路04には、入口流路07と出口
流路08とがそれぞれ連結されている。さらに、環状流路
04内を流通する高温，高圧の流体が摺動部分から漏れな
いように外筒部材02には、シール05が装着されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来の流路用スイベル継手装置では、次
のような問題点がある。

（１） 径が大きく取扱い困難なシール05が外筒部材02
に直接装着された後に、径が大きく重量のある内筒部材
03が外筒部材02内に挿入されるため挿入作業が困難であ
り、内筒部材03の挿入時に内筒部材03の外周が、シール
05に接触して滑らかに挿入できず、またシールを傷つけ
ることがある。

（２） シール05部分の流体漏れチェックは、環状のチ
ャンバ01を組込んだ状態、つまり実機装着状態で実流体
を流して行なわなくてはならず、もし流体漏れが発生し
たならば、環状チャンバ01を分解して組み直す必要があ
り極めて効率が悪い。

（３） 流体漏れがあった場合、緊急処置用設備が設け
られていないため、スイベル継手装置のみならずプラン
ト全体を即時停止しなけれならない。

（４） 環状流路04内の高圧流体が潤滑性のないガスの
場合には、シール部分に潤滑性がないため、シール05お
よび内筒部材03や外筒部材02の各摺動面の摩耗を早め、
耐久性がない。また、内筒部材03や外筒部材02の補修が
困難であり、取換える場合には、相当な時間とコストと
を要してしまう。

本発明は、上述の諸問題の解決をはかろうとするもの
で、予めシール機構を組み立てるようにして、シール機
構の性能試験を実機装着せずにできるようにし、また内
筒部材と外筒部材との組み立てと実機への装着をシール
部を損傷せずに容易に行なえるようにして、さらにエマ
ージェンシーシールにより緊急時の流体漏れを防止でき
るようにした、流路用スイベル継手装置を提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

このため、本発明の流路用スイベル継手装置は、相対的
に回転摺動しうるように同軸的に設けられた内筒部材お
よび外筒部材と、これらの内筒部材と外筒部材との摺動
部に形成された環状流路と、同環状流路にそれぞれ接続
された入口流路および出口流路と、上記環状流路からの
流体の漏洩を防止すべく上記摺動部に設けられたシール
機構とをそなえ、上記摺動部に２段径摺動部分が形成さ
れて、上記シール機構が、上記２断径摺動部分に着脱可
能に介挿された２段径のスリーブと、同スリーブの外周
面に密封係合するように上記外筒部材の内周面に装着さ
れたラジアルシールと、上記スリーブの平面部に向かっ
て移動しうるように上記外筒部材に装着されたエマージ
ェンシーシールと、同エマージェンシーシールを上記ス
リーブの平面部に押圧係合させるめの油圧系とが設けら
れたことを特徴としている。

〔作用〕

上述の本発明の流路用スイベル継手装置では、設置現場
以外で予めラジアルシールとエマージェンシーシールと
が装着された外筒部材にスリーブを装着してシール機構
を形成することができ、これにより上記外筒部材内に内
筒部材を装着できる際に内筒部材外周が各シールに接触
することがない。

そして、上記の内筒部材と外筒部材との間の摺動部にお
いて装着された上記のラジアルシールが環状流路内の流
体をシールし、同ラジアルシールが損傷した場合等の緊
急時には、油圧系に駆動されながら上記エマージェンシ
ーシールが上記スリーブの平面部に押圧されて上記流体
をシールする。

〔実施例〕

以下、図面により本発明の一実施例としての流路用スイ
ベル継手装置について説明すると、第１図はその右半部
を破断して示す側面図、第２図は第１図のII-II矢視断
面図、第３図はその単一エレメントの縦断面図、第４図
はそのシール部分を拡大して示す縦断面図、第５図はそ
のシール部分の潤滑系を示す模式的な縦断面図、第６図
はその変形例を第４図と対応させて示す縦断面図、第７
図はそのスリーブの装着直前の状態を示すシール部分の
縦断面図、第８図はそのスリーブの装着完了の状態を示
すシール部分の縦断面図、第９図はその単一エレメント
の仮装着状態を示す縦断面図、第10図はその単一エレメ
ントの装着完了状態を示す縦断面図である。

第１〜10図に示すように、流路用スイベル継手装置Ａ
は、流路用スイベル継手としての単一エレメントＥが上
下に４段重ねられて構成されていて、係留装置本体17に
ボルト10で取り付けられた基盤８に支持されている。ま
た、上端の単一エレメントＥには上蓋９がそなえられて
いる。

単一エレメントＥは、内筒部材1,外筒部材2,シール機構
５およびシール押え11から構成されている。

そして、内筒部材１は、係留装置本体17側であるため固
定部分となっていて、外筒部材２は、係留装置側にそな
えられた図示しないターンテーブルに接続されていて回
転部分となっている。

また、内筒部材１内の空間には、流路用配管の他に抗口
装置制御用のケーブルや液圧用の配管がそなえられるよ
うになっている。

内筒部材１は、外筒部材２内に同軸的にそなえられてい
て、内筒部材１の外周と外筒部材２の内周との間には摺
動部が形成されている。そして、この摺動部には、環状
流路３が形成されている。

また、内筒部材１内の空間には、流路用配管15aがそな
えられていて、配管15a内に入口流路15が形成されてい
る。さらに、外筒部材２外にも、流路用配管16aがそな
えられていて、配管16a内に出口流路16が形成されてい
る。

そして、各流路用配管15a,16aはそれぞれ入口流路用接
続部材6,出口流路用接続部材７によって環状流路３に接
続されている。

また、摺動部の環状流路３の上下には、環状流路３内の
流体をシールするシール機構５がそなえられている。

このようにしてなる各単一エレメントＥは、環状の軸受
４を介装して上下に積み重ねられていて、各単一エレメ
ントＥの各内筒部材1,1の相互をボルト14で固着されな
がら連結されている。

なお、環状の軸受４は、外周側に上下２つの環状傾斜面
4a,4bをもっていて、上側の環状傾斜面4aがその上方の
単一エレメントＥの外筒部材の一部としてのシール押え
11を支持している。

また、上下に近接する各単一エレメントＥの外筒部材２
側は、そのそれぞれのシール押え11,11がピン13で相互
に連結されていて、一体となって回転できるようになっ
ている。

そして、このように構成される流路用スイベル継手装置
Ａの各単一エレメントＥにおけるシール機構５は、次の
ように構成されている。

内筒部材１側と外筒部材２側との摺動部は、小径円筒面
D₁と大径円筒面D₂と各円筒面D₁,D₂相互を結ぶ環状平面D
₃とで構成され２段径摺動分Ｄをもっている。

そして、この摺動部の内側摺動面は、スリーブ18の外周
面によって形成されていて、このスリーブ18は、上記摺
動面に沿う外形をそなえた所定厚さで軽量の２段径円筒
部材である。

また、摺動部の外側摺動面は、シールケース24の内周面
によって形成されていて、このシールケース24は、筒状
部と環状平面部とから構成された部材で、外筒部材２と
シール押え11とに形成された環状の凹所24aに収納され
る。

なお、凹所24a内周面とシールケース24外周面との間に
は、隙間Ｓをもつような空間部27が形成されている。

シールケース24の大径円筒面D₂に沿う摺動面には、上下
に３つの環状凹所28a,29a,30aが形成されていて、各凹
所内には、ラジアルシールとしてのリップ型シール28,2
9,30がラジアルシール面Ｒを覆うようにそなえられてい
る。なお、このリップ型シールはゴム等の弾性体からな
っている。

また、シールケース24の環状平面D₃に沿う摺動面にも、
環状凹所32aが形成されていて、凹所32内部には環状の
エマージェンシーシール32が、上下方向に移動可能にそ
なえられている。

さらに、シールケース24の小径円筒面D₁に沿う摺動面に
も、環状凹所31aが形成されていて、凹所31a内には、ラ
ジアルシールとしてのリップ型シール31がそなえられて
いる。

そして、エマージェンシーシール32は、シール本体34の
内周面と外周面とにそれぞれ環状凹部33a,33bが形成さ
れていて、同凹部33a,33b内にそれぞれＯリング33がそ
なえられている。また、シール本体34の下面にも環状凹
部34aが形成されていて、同凹部内ににもＯリング35が
そなえられている。

そして、Ｏリング33,33は、それぞれシールケース24の
凹所32aの内面に圧接されている。また、各リップ型シ
ール28,29,30,31およびＯリング35は、スリーブ18の平
面状シール面Ｂにそれぞれ圧接されるようになってい
る。

さらに、シールケース24の下側の端面にも、環状凹部25
a,25bが形成されていて、各凹部25a,25b内にＯリング2
5,25がそなえられている。また、シールケース24外側に
形成された環状凸部下面26aにも、環状凹部26が形成さ
れていて、凹部26b内にＯリング26がそなえられてい
る。

各Ｏリング25,25,26は、それぞれシールケース24の装着
される外筒部材２の対応箇所に圧接している。

また、スリーブ18の下側の端面21にも環状凹部23aが形
成されていて、凹部23aにＯリング23がそなえられてい
る。そして、Ｏリング23は、内筒部材１の端面22に圧接
されるようになっている。

さらに、スリーブ18の上側の端面20aにも、軸受４下面
にそなえられたＯリング20が圧接されている。

シールケース24内部には、流路36,37,38,39,40が形成さ
れていて、流路37〜40はシール押え11を横切るようにし
て、図示しない外部配管に接続されている。

また、流路36は、環状流路３と空間部27とにそれぞれ連
通していて、環状流路３内の高圧流体43が空間部27に導
かれる。これにより空間部27を形成するシールケース24
外周面に高圧流体43が作用するようになっている。

そして、流路37,38,39は、図示しない外部配管および弁
47,48,49を介して圧力バランスタンク42に連通接続され
ている。圧力バランスタンク42内には、潤滑油41が内蔵
されていて、同潤滑油41上面には、ピストン45がそなえ
られている。このピン45は、スプリング46によって潤滑
油41側に付勢されている。さらに、圧力バランスタンク
42内のピストン45の上方室内には、環状流路３内の高圧
流体43が導かれるようになっている。このため、潤滑油
41は、高圧流体43の圧力P_Gとスプリング圧力P_Sとを加え
た圧力P₀に加圧されている。

そして、流路37,38の摺動部側端部には、潤滑油室50a,5
0bが形成されている。

また、流路39は、凹所32a内の上部空間51に導かれてい
る。さらに、流路40の一端は、摺動部の環状平面D₃のエ
マージェンシーシール32とリップ型シール31との間に開
口していて、他端は、図示しない流体漏れ検出器に接続
されている。これにより、リップ型シール30からの流体
漏れの検出ができるようになっている。

なお、スリーブ18には、内筒部材１にそなえられるキー
19と係合するキー溝19aが形成されていて、内筒部材１
装着時に、内筒部材１と一体に回転しうるようになって
いる。

なお、第６図に示すように、シールケース24とシール押
え11とを一体としたシールボックス53を設けるようにし
てもよい。

本発明の一実施例としての流路用スイベル継手装置は上
述のごとく構成されているので、第７〜10図に示すよう
にして、各単一エレメントＥの組み立てを行なう。な
お、第７〜10図は、第６図に示すシールボックス53を設
けた場合について示している。

まず、第７図に示すように、リップ型シール28,29,30,3
1とエマージェンシーシール32とをシールボックス53に
装着しておき、スリーブ18を嵌め込む。このとき、スリ
ーブ18は軽量なため容易に嵌め込み装着ができる。

次に、第８図に示すように、シールボックス53をボルト
54を介して固定治具52に固定し、一方、スリーブ18もボ
ルト54を介して固定治具52に固定する。

なお、上記の組み立て行程は、設置現場でない作業し易
い所で容易に行なうことができる。

スリーブ18をシールボックス53に仮固定してシールアセ
ンブリ55が完成した状態で、各流路37〜40に圧力をかけ
て、各リップ型シール28〜31の漏れのチェックと作動チ
ェックとを行なう。

次に、設置現場において、第９図に示すように外筒部材
２をボルト12によりシールボックス53に固定して内筒部
材１を装着する。このとき、内筒部材１のキー19をスリ
ーブ18のキー溝19aに係合させる。このとき空間部27が
設けられているので、シールアセンブリ55の外筒部材２
と内筒部材１への装着が容易となっている。

さらに、第10図に示すように、固定治具52を取り外し
て、軸受４を介すようにして他の単一エレメントＥと接
続させる。

また、各単一エレメントＥの交換や点検しために分解す
る際は、上記の組み立て手順と逆の手順で行なう。

このようにして、設置された各単一エレメントＥでは、
環状流路３内を高圧流体43（ガス又は液体）が流通する
が、この高圧流体43は、摺動部においてリップ型シール
28〜30によってシールされる。

まず、リップ型シール28,29相互間の摺動面には、流路3
7を通って潤滑油室50aに導かれた潤滑油41が供給され
て、この潤滑油41を潤滑油室50aに連通する図示しない
排出口からリップ型シール28のシール面を通って侵入し
てくる高圧流体中の異物を洗い流す。また、これととも
に潤滑油41によりリップ型シール28のシール面の潤滑が
向上する。

そして、リップ型シール29,30相互間の摺動面には、流
路38を通って潤滑油室50bに導かれた高圧流体よりも高
圧な潤滑油41が供給されて、リップ型シール29,30のシ
ール面の潤滑を向上させるとともに、高圧流体43の侵入
を防止している。

特に、リップ型シール29はメインシールとなっている
が、このリップ型シール29には、潤滑油の圧力P₀から高
圧流体の圧力P_Gを除いた差分のみが作用するため圧力負
荷は小さいものとなっている。これにより、リップ型シ
ール29の消耗が軽減されてシール寿命が伸びる効果があ
る。

そして、最終シールとしてのリップ型シール30から流体
漏れが発生すると、リップ型シール31により２次シール
が行なわれ、これとともに、流路40を介して漏れた流体
が図示しない流体漏れ検出器によって発見される。

このように流体漏れが発見されると、エマージェンシー
シール32を作用させるべく、弁49を開いて、高圧な潤滑
油43を上部空間51内に導いて、エマージェンシーシール
32をスリーブの平面状シール面Ｂに圧接させる。これに
より、緊急時の流体漏れが確実に防止される効果があ
る。

また、空間部27には、流路36を通って高圧流体43が導か
れて加圧され、ラジアルシール面Ｒ側の圧力と釣り合い
ながら、シールケース24の変形が防止される。

なお、Ｏリング23,25,26は、それぞれ高圧流体43の流体
漏れを防止している。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の流路用スイベル継手装置
によれば、相対的に回転摺動しうるように同軸的に設け
られた内筒部材および外筒部材と、これらの内筒部材と
外筒部材との摺動部に形成された環状流路と、同環状流
路にそれぞれ接続された入口流路および出口流路と、上
記環状流路からの流体の漏洩を防止すべく上記摺動部に
設けられたシール機構とをそなえ、上記摺動部に２段径
摺動部分が形成されて、上記シール機構が、上記２段径
摺動部分に着脱可能に介挿された２段径のスリーブと、
同スリーブの外周面に密封係合するように上記外筒部材
の内周面に装着されたラジアルシールと、上記スリーブ
の平面部に向かって移動しうるように上記外筒部材に装
着されたエマージェンシーシールと、同エマージェンシ
ーシールを上記スリーブの平面部に押圧係合させるため
の油圧系とが設けられるという簡素な構成により、次の
ような効果が得られる。

（１） ２段径摺動部分に２段径のスリーブを設け、こ
の２段径のスリーブの外周面に密封係合するラジアルシ
ールと、平面部に向かって摺動しうるエマージェンシー
シールとを設けたことで、装置の信頼性を高めることが
できる。

（２） 摺動部に着脱可能にスリーブが設けられること
で、シール部分がカートリッジ型のシール機構となり、
シール部分の重量が軽減し、かつ外部での組立が可能と
なる。

また、分解点検が容易となる利点もあり、特に大径高重
量の継手装置の場合に組立てやメンテナンスの点で有利
である。

（３） カートリッジ型のシール機構を採用することに
より、各シールを現場設置前に外部で漏れチェック、作
動確認ができるため、信頼性が高く安定したシール機構
を設置することができ、装置全体の信頼性が向上する。

（４） スリーブに設けられた平面部にエマージェンシ
ーシールを圧接することにより、緊急時の高圧流体漏れ
が防止され、プラントを停止せずに処理対策をすること
ができるため、プラントの作動効率が大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１〜10図は本発明の一実施例としての流路用スイベル
継手装置を示すもので、第１図はその右半部を破断して
示す側面図、第２図は第１図のII-II矢視断面図、第３
図はその単一エレメントの縦断面図、第４図はそのシー
ル部分を拡大して示す縦断面図、第５図はそのシール部
分の潤滑系を示す模式的な縦断面図、第６図はその変形
例を第４図と対応させて示す縦断面図、第７図はそのス
リーブの装着直前の状態を示すシール部分の縦断面図、
第８図はそのスリーブの装着完了の状態を示すシール部
分の縦断面図、第９図はその単一エレメントの仮装着状
態を示すシール部分の縦断面図、第10図はその単一エレ
メントの装着完了状態を示す縦断面図であり、第11,12
図は従来の流路用スイベル継手装置を示すもので、第11
図はその縦断面図、第12図は第11図のXII-XII矢視断面
図である。 １……内筒部材、２……外筒部材、３……環状流路、４
……軸受、4a,4b……環状傾斜面、５……シール機構、
６……入口流路接続部材、７……出口流路接続部材、８
……基盤、９……上蓋、10……ボルト、11……外筒部材
の一部としてのシール押え、12……取付ボルト、13……
ピン、14……ボルト、15……入口流路、15a……流路用
配管、16……出口流路、16a……流路用配管、17……係
留装置本体、18……スリーブ、19……キー、19a……キ
ー溝、20〜22……端面、23……Ｏリング、24……シール
ケース、24a……環状凹所、25,26……Ｏリング、27……
空間部、28〜31……ラジアルシールとしてのリップ型シ
ール、28a,29a,30a,31a……環状凹所、32……エマージ
ェンシーシール、32a……環状凹所、33……Ｏリング、3
3a,33b……環状凹部、34……シール本体、35……Ｏリン
グ、35a……環状凹部、36〜40……流路、41……潤滑
油、42……圧力バランスタンク、43……高圧流体、44…
…Ｏリング、45……ピストン、46……スプリング、47〜
49……弁、50a,50b……潤滑油室、51……上部空間、52
……固定治具、53……シールボックス、54……ボルト、
55……シールアセンブリ、Ａ……流路用スイベル継手装
置、Ｂ……平面状シール面、Ｄ……２段径摺動部分、
D₁,D₂……円筒面、D₃……環状平面、Ｅ……単一エレメ
ント、Ｒ……ラジアルシール面、Ｓ……隙間。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲榊▼原 積徳 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 広江 哲幸 広島県広島市西区観音新町４丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 高杉 雄史郎 広島県広島市西区観音新町４丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島造船所内 (56)参考文献 特開 昭62−52292（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】相対的に回転摺動しうるように同軸的に設
   けられた内筒部材および外筒部材と、これらの内筒部材
   と外筒部材との摺動部に形成された環状流路と、同環状
   流路にそれぞれ接続された入口流路および出口流路と、
   上記環状流路からの流体の漏洩を防止すべく上記摺動部
   に設けられたシール機構とをそなえ、上記摺動部に２段
   径摺動部分が形成されて、上記シール機構が、上記２段
   径摺動部分に着脱可能に介挿された２段径のスリーブ
   と、同スリーブの外周面に密封係合するように上記外筒
   部材の内周面に装着されたラジアルシールと、上記スリ
   ーブの平面部に向かって移動しうるように上記外筒部材
   に装着されたエマージェンシーシールと、同エマージェ
   ンシーシールを上記スリーブの平面部に押圧係合させる
   めの油圧系とが設けられたことを特徴とする、流路用ス
   イベル継手装置。