JPS5884287A - スイベル継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「背景、技術」 本発明は沖合生産油井のライザーパイプシステムにか＼
シ、より詳しくは、ライザーパイプシステムの改良され
たスイベル継手に関する。

沖合油井（これは原油油井とガス井とを含む）の仕上げ
が終ると、原油を仕上げの終った油井の集油ポイントか
らタンカーへと集油しかつ搬出するための施設を設けな
ければならない。か＼る集油搬出施設のうちで水深の深
い水域で使用されるものには多重ライン式のライザーパ
イプシステムがある。この多重ライン式のライザーパイ
プシステムは、弛め装置に加えて、海底に敷設されるラ
イザーベースと、所定長さの複数のライザーノ（イブと
、供給パイプと、ライザーパイプを互いに接続するため
の自在継手と、撃留ブイと、および生産物を貯蔵容器も
しくは酔雲井船舶に積出すための種々の設備を備えてい
る。

沖合生産施設から原油を回収するための技術の開発の初
期に於ては固定式プラットフォームが使用されていたが
、このような方式は水深の浅い水域に於てしか原油を回
収する事が出来ない。伸井の開発が水深のより深い水域
へと及ぶにつれて。

米国特許３，９３４，５２８に記載され友ように延長レ
ッグを備えたプラットフォームを用いる事が必要となる
。本発明は剛性のコラムとライザーパイプとを用いて複
数の剛性のライザーパイプを自在継手で連結する事によ
シ関節結合されたコラムを提供する技術に関する。生産
用ライザーノ（イブもしく、はコラムは自在継手によル
互いに連結され九―直方向に離間された一連の支持構造
物であり、うイザーパイプのコラムの一端は固定式ペー
スに接続されその他端はブイに接続される。ここで「生
産」なる用語は仕上げの終った油井に関連して用いるも
のとし、油井の掘さくに対して原油もしくはガスを回収
することを意味するものとする。ライザーパイプのペー
スは産油中の複数の油井の集油ポイントとして用いられ
る。このライザーパイプは原油を搬出するための垂直方
向に延長した複数のパイプを支持している。互いに隣接
する２本のライザーパイプの端部は自在継手によ多関節
結合され、この自在継手は又一方のライザーパイプの剛
性のパイプをこれに隣接するライザーパイプの剛性のパ
イプに接続するためのスイペルヲモ支持している。パイ
プのような剛性のフローラインを使用出来るか否かは、
波の作用による苛酷な作業条件や異常な天候条件に起因
するあらゆる応力をスイベル継手が吸収し得る１か否か
にかかつている。流体の搬出には大きな直径を必要とし
かつ南圧力に耐えなければならないので、フレキシブル
ホースは海洋で使用するには適さない。

本発明のスイベル継手は高い内部圧力下に於て作動し得
るシール手段を備えていて外部応力によるきわめて大き
なスラスト荷重にスイベル継手が耐えるのを可能にして
いるとともに、３６０°以上もの回転の自由度をもって
スイベル継手が連続的に揺動運動をするのを可能にする
ものである。

「発明の概要」 本発明は沖合海洋環境に於て使用可能なスイベル継手を
提供するもので、軸方向に延長する一対の管状部材の間
にはねじシ自在な弾性シールが係留されている。一方の
管状部材はこの弾性シールに接続されているが、他方の
管状部材はこの弾性シールに摩擦係合していてこの弾性
シールを他方の管状部材の一部分に対して圧縮している
。この弾性シールの動きは軸受は手段によシ規制されて
おり、これ等二つの一管状部材間の相対運動はアキシャ
ルおよびラジアルスラスト軸受けにより確保されている
。

「実施例の説明」 次に添附図面を参照にして本発明の詳細な説明するに１
図に於て類似の構成部材は類似お参照番号をもって示す
。第１図に於て、海底１０にはペース１１が適宜錨止め
されている。ペース１１は原油の貯蔵手段ないしマニホ
ールドを収蔵してお）、原油は衛星状の産油施設からパ
イプライン１２によってペースに圧送される。自在継手
１６によって連結された垂直方向に整列された複数のラ
イザーパイプ１５は関節継手１７によってぺ一入に接続
されている。最上の自在継手１６はブイ１８に！！続さ
れておシ、このブイ】８はコラム１９ナラびにハウジン
グ構造物２ｏを支持している。

第２図に示したように、自在継手１６は上部ヨーク部材
２１と下部ヨーク部材２２とを有する。

ヨーク部材２１は画工延長した一対の脚部２４゜２５を
有し、これ等の脚部はそれ等の間に横方向に延長する軸
受は部材２６ｔ−支えている。ヨーク部材２２は上肉色
に延長した一対の脚部２７．２８を有し、これ等の脚部
は横方向に延長し友軸受は部材２９を支えている。これ
等の軸受は部材２６および２９はそれ等の継目に於て互
いに連結されているので、それぞれのヨーク部材２１お
よび２２は互いに直交する軸線を中心としてそれぞれの
軸受は部材のまわりに互いに直角に枢動することが出来
る。

１−り部材２２は中空の下部を有し、この中空下部は喬
直に貫通した複数の導管を収蔵し得るようになっている
。第２図には４本の導管３０，３１゜３２．３３のみを
示したが、更に多数の導管を設し、″る事が可能である
。理解を容易にするため図面には４本の導管のみを示し
た。導管３１は導管４１に接続されておシ、この導管４
１はヨーク２２かう外向きに＃冒−り２２の外部で延長
していてスイベル継手４２に接続されている。このスイ
ベル継手４２は垂直に延びた導管４３．４４を介してす
べり継手４５に接続されており、このすべり継手４５は
適当な導管を介してスイベル継手４６に接続されている
。このスイベル継手４６は導管４８に！Ｉ続されてお〕
、この導管４８は軸受は部材２９を貫いて軸受は部材２
６内へと延長していてもりて水平に延び九導管５０に接
続し得るようになっている。導管５０はスイベル継手５
１に接続されており、　ｊ！に導管５２ならびにすベシ
継手５３に接続されている。このすペシ継手５３ｔｉ導
管５２と導管５４とが限られた軸方向運動を行なうのを
可能にしている。導管５４はスイベル継手５５の一端に
接続されておシ、このスイベル継手５５は導管５６に接
続されている。導管５６はヨーク部材２１内へと延長し
ていて、ライザーパイプ１５を通る後続する導管に導管
３１′を介してオイルを搬送し得るようになっており、
前記ライザーパイプ１５はブイ１８内の貯蔵設備に最終
的には接続されていて支持コラム１９に撃留された待機
中のタンカーに原油を排出し得るようになっている。同
様にして、ヨーク２２内の導管３０．　３２゜３３は導
管とスイベル継手とすベシ継手とによシそれぞれ冒−り
２１内の導管３０’、　３２’、　３３’に接続されて
お〕、それぞれのライザーパイプ１５を通る適当な導管
を介してブイト８内の貯蔵施設へと最終的には接続され
ていても９て支持コラム１９に撃留されたタンカーにた
ソちにもしくは所定時間後ＫＩＮ油を積出し得るように
なっている。

これ郷のスイベル継手１例えば継手４２．４６゜５１．
５５はすべて同じような構成であるので、以下には一つ
のスイベル継手のみについて説明する。

スイベル継手４２　（第３図）は内側管状部材５８と外
側管状部材５９とを有する。

外側管状部材５９はフランジ付きの端部６０を有し、こ
のフランジ付き端部６０には円周方向に離間された複数
の孔６１が設けてあってこのスイベル継手４２の一端を
隣接する導管４３に接続し得るようになっている。この
外側管状部材５９は７ランジ付き端部６０から内側に延
長した複数の段付きボア６３．６４．６５．６６　ｔ’
有する。　これらのが７６３．６４，６５．６６はそれ
ぞれ順次罠拡径されている。

内側管状部材５８の一端拡ボアロ３内にすベシ饋合し得
るような外径を有する。この内側管状部材５８の他端は
環状のフランジ付き端部７０を有し、このフランジ付き
端部７０には円周方向に離間された複数の孔７１が設け
である。このフランジ付き端部７０はスイベル継手４２
を隣接する導管４１に固着するための手段を構成してい
る。内側管状部材５８の中間部分には環状のカップ状の
部材即ちスリーブ７２が設けてあり、このスリーブ７２
は外側環状面７３と内側環状面７４とを有する。このス
９リーブ７２紘外向きに延びた円筒部７５を有し、この
円筒部７５は外側管状部材５９のボア６６に摩擦係合し
ている。スリーブ７２の環状面７３はボア６５とボア６
６との間の環状面によシ形成さ、れた肩部７６に衝当係
合している。

このスリーブ７２は後述する如く内側管状部材５８が外
側管状部材５９に対して軸方向運動するのを制限するも
のである。内側管状部材５８の一端にはラジアル軸受け
７７が設けてあり、このラジアル軸受け７７はボア６４
の内周面に摩擦係合している。

潤滑油ならびに海水の双方に対して耐抗性を有するよう
な適当なエラストマー状の材料から成るリング７８が内
側管状部材５Ｂの一端に極〈近接してその内側管状部材
５８の外周面に接着されているかあるいは適宜固定され
ている。

ここで、エラストマーなる用語は常温でその元の長さの
少くとも２倍に延伸する事が出来かつかく延伸後にも応
力を取シ去っｔ時には短時間のうちＫそのはソ元の長さ
に力を伴って復帰し得るような物質をいうｔのと定義さ
れる（アメリカン・ソサイエティ・フォー・テスティン
グ・マテリアルズ発行　のムＳＴＭ委員余　Ｄ−１１編
集によるゴムおよびゴム状材料に関する用語集参照）。

使用可能なエラストマー状もしくはゴム材料としては天
然ゴム、ブタジェンとアクリロニトリルとのコポリマー
、ブタジェンとスチレンとのコポリ臂−，ブタジェンと
アルキルアクリレートとのコホリマー、フチルゴム、エ
チレンプロピレンやＥＰＤＭゴムのようなオレフィンゴ
ム、フルオロカーボンゴム、ツルオワシリコーンゴム。

シリコーンゴム、クロ四スルフォネイテッドポリスチレ
ン。

ポリアクリレート、ポリブタジェン、ポリクロロプレン
などがある。

好ましいエラス）實−状材料としては天然ゴム。

ブタジェンアクリロニトリルコポリマー、およびブタジ
ェンとスチレ／とのコポリマー（ＳＢＲトも呼ばれる）
がある。

このような内側管状部材５８のエラストマー状シールリ
ング７８は外側管状部材５９内に組込まれた時には圧縮
されている。このスイベル継手を組立てる前には、この
シールリング７８は第５因に示したように通常の圧縮さ
れない状態で半径方向に拡張していてもって内側管状部
材５８に装着されたシールリング７８の両側にはかなシ
のすきまが残されている。外側管状部材５９のボア６５
の内周面にはポリテトラフルオロエチレンのような材料
から成る環状のシール７９が接着の如き適轟な方法によ
シ固着されている。エラストマー状のシールリング７８
が圧縮状態にある時には、シールリング７８の外側面は
シール７９と摩１１ｍ触している。内側管状部材５８の
外周面には、スリーブ７２の底部に極〈近接してかつ核
スリーブ７２０側面７３に接触して、ＪＪ状のバックア
ップリング８０が装着しである。このバックアップリン
グ８０の一方の環状面８１はエラストマー製シールリン
グ７ｉのうち横方向に延長する圧縮された側部エツジと
摩擦係合し得るように彎曲溝状に成形されている。この
バックアップリング８０は好ましくは極高分子ポリエチ
レン材料で形成されている。リング８０とスリーブ７２
との間には第２のバックアップリング８２を挿入してリ
ング８０によシ大きな軸方向強度を与えてもよい。しか
しらがらこのバックアップリング８２は省略してもよく
、その場合リング８０はスリーブ７２の側面７３に衝当
保合する。バックアップリング８０の幅はスリーブ７２
とシールリング７８との間のギャップを埋め得るように
定める。スリーブ７２の一端とフランジ部７０との間の
内側管状部材５８の外周は鋸歯状になりており、ねじ８
６によって接続された分割盤アキシャルスラストカラー
８５を支承している。力ｙ−８５の両側にはラジアル・
アキシャルスラスト軸受け８７および８Ｂがそれぞれ装
着しである。円周方向に離間された複数の孔９１ｔ−備
えた分割盤の環状フランジ９０が外側管状部材５９の一
端に当接して設けてあり、このフランジ９０は外側管状
部材５９のまわりの円周方向に離間された複数のねじ孔
９４内にねじ込まれた複数のポル）９３により外側管状
部材５９の一端に固定されている。軸受け８８に隣接し
た環状＃１９７内には環状のシール９６が装着してあり
、このシール９６は分割型のフランジ９０の内周に摩擦
係合して外部液体をシールしている。このフランジ９０
は又軸受け８８に衝当保合している。

このスイベル継手４２は互いに隣接する２本のライダー
パイプ１５０軸芯がずれている時に導管４１と導管４３
との間の相対回転を可能にするもので、このスイベル継
手４２の作動に際しては。

外側管状部材５９と内側管状部材５８の環状軸受け？７
，８７．８８は軸方向に整列しているとともに軸方向に
離間されており、これ等三つの軸受けは軸方向応力を支
持すると共に、軸方向に離間された軸受け８７と８８と
はスラスト応力をも支持する。スリーブ７５は軸受け８
７と外側管状部材５９との間に係留されてお〕、それら
の間に軸方向スラスト応力を伝達する。内側管状部材５
８と外側管状部材５９とが小さな角度にわたりて相対回
転した時には環状のエラストマー状のシールリング７８
は弾性ねじシ変形の凡てを吸収すると共に小さな角度方
向のゆがみを吸収する。このねじシ自在なシールリング
７８は内側管状部材５８と外側管状部材５９との間に大
きなゆがみもしくは大きな相対回転応力が発生した時に
は減摩性層即ちシール７９に対して相対的に移動しある
いはすべる。シールリング７８２）内周面は内側管状部
材５Ｂの外周面に接着されているので、シールリング７
８は内側管状部材５Ｂと一体に動くが、シールリング７
８０外局面は極めて大きな内部流体圧力下に於ても液密
なシール作用を維持しながらシール７９ＫｆＦｋ＊’”
て摺動する。このエラストマー製もしくはゴＡ１１のね
じシ自在なシールリング７Ｂはその材料に作用するトル
クがポリテトラフルオロエチレンから成るシール７９に
よ〕作用する摩擦トルクに等しくなる迄捻回するであろ
う。この時にはゴム材料はポリテトラフルオロエチレン
材料の表面に沿ってすべる。バックアップリング８０の
彎曲成形された溝８１はシールリング７８の膨出した端
部に衝当保合してその軸方向流れもしくは軸方向変位を
阻止すると共に、シールリング７８の他端に設けた環状
のラジアル軸受け７７も同じように作用する。内側管状
部材５８の溝９フの底に固着されたシール９６は軸受け
８７と８８とが配置されたスラスト軸受は室をシールす
る。フランジ９０の内周面に沿ってシール９６が摩擦係
合しながら回転するのを容易にするため。

フランジ９０の内周面にはポリテトラフルオロエチレン
の層を固着してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は深海環境に於ける多重ライザーパイプシステム
の概略的側面図であり。 第２図はこのライザーパイプシステムの自在継手の斜視
図であり。 第３図はスイベル継手のｉ面図であって、互いに連結さ
れた内側管状部材と外側管状部材とをそ九等の関連部材
と共に切シ欠いて示し友ものであ〕。 第４図はスイベル継手の端板の端面図であり。 第５図はねじ〕自在な弾性シールリングの組み付は前の
弛緩状態に於ける断面図である。 ４１、４３．５０．５２．５４．５６・・・導管４２、
４６．５１．５５・・・スイベル継手。 ５８・・・内側管状部材、　　５９・・・外側管状部材
。 ６０．７０・・・７ランジ付き端部。 ６３、６４．６５．６６・・・ボア。 ７２・・・スリーブ、　　　　７７・・・ラジアル軸受
。 ７８・・・シールリング。 ７９・・・ポリテトラフルオロエチレンのリング。 ８０・・・バックアップリング。 ８５・・・アキシャルスラストカラー。 ８７．８８・−・ラジアル・アキシャル軸受。 ９０・・・７ランジ（リテーナ）。 ９６・・・シール、９７・・・環状溝。 以下全白 第１頁の続き ０発　明　者　ビンセント・トニー・プレサトアメリカ
合衆国オハイ第４４２０３ バーバートン・イー・パーク・ アベニュ１７９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、互いに軸方向に離間されねじり応力を受けた一対の
   ライザーパイプであってそれぞれのライザーパイプが複
   数の導管から成るものを互いに接続する為に用いるスイ
   ベル継手であって、一方のライず−パイプ内の導管をこ
   れに隣接するライザーパイプ内の導管に接続する為のス
   イベル手段を備えて成り、前記スイベル手段はライザー
   パイプの芯に対してオフセット配置されており、前記各
   スイベル手段は外側管状部材と内側管状部材とを備えて
   成シ、前記外側管状部材の内側ボアは少なくとも一対の
   段付はボアを有していてこれ等の段付はボアの間には環
   状の肩部が形成されておシ。 前記環状肩部にはフランジ付きのスリーブが衝幽してシ
   シ、前記段付はボアの一方は内側管状部材の一端および
   前記スリーブと協働して第一の室を形成しており、前記
   外側管状部材の前記一方の段付はボアの内周には減摩性
   材料から成る環状リングが装着して１．前記内側管状部
   材の前記一端には軸方向に離間された環状の一対の軸受
   けが設けてあり、前記内側管状部材の前記一端の外周に
   は弾性変形可能な材料から成る環状のシール部材の内側
   面が接着してあってこのシール部材の外側面は前記環状
   リングに摩擦係合しており、前記環状シール部材は荷重
   を受けた時には互いに離間された前記一対の環状軸受け
   に当接するように作用可能であり、前記内側管状部材の
   他端にはスラスト軸受は手段が装着してあり、前記外側
   管状部材の一端にはリテーナが装着してあってこのリテ
   ーナは内側管状部材に装着された前記スラスト軸受は手
   段に衝当している事から成るスイベル継手。 ２、特許請求の範囲第１項記載のスイベル継手であって
   、前記スラスト軸受は手段は前記７ランジ付きスーリー
   ブによりならびに前記内側管状部材に設けたリテーナに
   よシ軸方向に係留されている事から成るスイベル継手。 ３、％許請求の範囲第２項記載のスイベル継手であって
   、前記スラスト軸受は手段は前記内側管状部材の他端に
   強固に装着された環状のカラーを含んで成り、前記環状
   カラーの両側には互いに軸方向に離間されたスラスト軸
   受けが装着されている事から成るスイベル継手。 ４、特許請求の範囲第３項記載のスイベル継手であって
   、前記環状のシール部材はエラストマー状材料から成る
   リングであり、前記減摩性材料のリングはポリテトラフ
   ルオロエチレン物質から成るリングであるスイベル継手
   。 ５、特許請求の範囲第４項記載のスイベル継手であって
   、前記内側管状部材には前記リテーナに対面して円周方
   向溝が設けてあり、前記溝には環状シールが収蔵しであ
   る事から成るスイベル継手。 ６、互いに軸方向に離間されかつ互いに揺動かつ回転運
   動を行う二つの導管を接続するためのスイベル継手でろ
   って、前記スイベル継手は別々の導管にそれぞれ接続さ
   れる外側管状部材と内側管状部材とを含んで成り、前記
   外側管状部材は貫通ボアを有していて、前記外側管状部
   材の中間ボア材は環状カー−を有していてこの環状カラ
   ーは前記内側管状部材の外周の中間に接続されており。 互いに軸方向に離間されかつ軸方向に整列された一対の
   環状の軸受けが前記カラーの両側部に衝当接触しており
   、前記外側管状部材と内側管状部材との間にはフランジ
   付きのスリーブが係留されており、前記スリーブのフラ
   ンジ部は前記軸受けの一方に衝当しており、前記内側管
   状部材の一端の外周には弾性変形可能な材料から成る環
   状のシール部材の内側面が接着してあり、前記環状のシ
   ール部材の外周表面は前記外側管状部材の前記ボアの表
   面に半径方向圧縮状態で摩擦係合していて前記両表面間
   にシールが形成されるが両表面が相対回転し得るように
   なりており、前記外側管状部材の一端にはリテーナが装
   着してあってこのリテーナは前記内側管状部材に衝当接
   触しているとともに互いに整列された前記環状軸受けの
   一方に衝当保合している事から成るスイベル継手。 ７、特許請求の範囲第６項記載のスイベル継手であって
   、前記７ランジ付きのスリーブは互いに整列された前記
   環状軸受けの他方に衝当接触している事から成るスイベ
   ル継手。 ８、％許請求の範囲第７項記載のスイベル継手であって
   、エラストマー状材料から成る前記リングの両側部には
   前記内側管状部材の前記一端に装着された軸方向に離間
   された軸受は部材が衝当接触していて前記環状のシール
   部材を規制している事から成るスイベル継手。