NO803433L - Koplingsanordning. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for tettende sammenkopling av hule deler, f.eks. rørledninger, omfattende et tapp-parti og et muffeparti.

Mer bestemt angår oppfinnelsen en tettende koplingsanordning som tåler trykk og temperaturer på mer enn henholdsvis 100 bar og 100°C, uten å skades og uten at dens mekaniske egen-skaper og tetningsevne svekkes, selv under prøver hvor anord-ningen utsettes for termiske sjokk, gjentatte trykksykluser og forsert aldring.

Fig. 1 viser et skjematisk snitt av en vanlig koplingsanordning av den art foreliggende oppfinnelse angår. Ifølge denne figur innbefatter hver av to rørdeler 10,12 en flens 14, 16, og disse flenser er innbyrdes avtettet ved hjelp av en Ofring 18 som er anordnet i et passe spor i en av flensene 14,16. Ettersom avtetningen utgjøres av O-ringen 18 kan fluidet som transporteres gjennom en rørledning som dannes av rørlederne 10 og 12 trenge helt ut til O-ringen 18 som antydet ved tallet 20. Trykkfluidet, som virker på overflatene til de to flenser 14 og 16, forårsaker fraskillende krefter representert ved resultanten 22. Skillekreftene motvirkes vanligvis av fast-holdingskrefter representert ved resultanten 24. Ettersom kreftene 22 og 24 virker i motsatte retninger på hver flens,

i hvert snittplan, f.eks. sort vist i fig. 1, påvirkes hver flens av et kraftpar som søker å skyve O-ringen 18 bort fra den mot-støtende overflate.

Britisk patentskrift nr. 820 1.13 beskriver en koplingsanordning av den ovenfor omtalte, vanlige art, der en tetningsring er anordnet meget nær rørdelenes innvendige overflate med sikte på å minske resultanten 22 ved å minske den flate trykkfluidet virker på. Imidlertid virker kraften som holder de to flenser sammen radielt utenfor tetningsringen, slik at når fluidtrykket i rørledningen som utgjøres av rørdelene 10 og 12 er høyt,

får de to trykkflater en tendens til å gå fra hverandre og tetningsegenskapene reduseres. Ifølge patentskriftet er dessuten tetningsringen ikke innesluttet på alle sider, slik at det indre fluidtrykk kan skyve ringen inn i et radielt utfor-liggende rom.

Fransk patentskrift nr. 2 138 250 beskriver en koplingsanordning der en O-ring er plassert i et spor som også er anordnet så langt inne som mulig, ettersom den langs en av sine flater avgrenses av av tappenden på en rørdel som er innført i sporingen til den komplementære rørdel. Patentskriftet beskriver således en montasje der resultanten 22 (fig. 1) er re-dusert til en verdi praktisk talt lik null. Imidlertid vil også her spenninnretningen for de to koplingspartier virke med en kraft 24 utenfor tetningsringen, slik at kreftene som ut-øves av trykkfluidet igjen har en tendens til å svekke tetningen i området ved tetningsringen. For den anvendelse som er omtalt i det franske patentskrift har dette forhold liten betydning ettersom rørene har meget liten diameter og meget stor tykkelse i forhold til diameteren, slik at tetningen ikke utgjør noe stort problem.

De omtalte montasjer er imidlertid helt ubrukelige for rørdeler meg meget stor diameter. Det er således, under hensyn til behovet for å holde plass, vekt og ikke minst kostnader på et lavt nivå, ikke mulig å benytte tykkelser større enn det som er strengt nødvendig for å kunne oppta høye krefter på grunn av fluidtrykk. Ved rørdeler som har en diameter på 50 8 mm og inneholder fluid med et arbeidstrykk på 70 bar, vil skillekraften mellom de to rørdeler, ved et prøvetrykk på 105 bar, være 2,1 x 10^ N.

Bruk av teknikker ifølge de ovenfor omtalte patentskrifter ville nødvendiggjøre en betraktelig overdimensjonering av delene. Ifølge oppfinnelsen løses problemet ikke ved over-dimens jonering av forskjellige elementer, men ved å fjerne disse kraftpar fra det sted hvor deres virkning er mest skade-lig.

Mer bestemt fjernes ifølge oppfinnelsen det kraftpar som søker å skille flensene 14,16 fra hverandre (fig. 1) i området ved tetningsringen 18, ved å la resultanten 4 virke på en slik måte at dens akse skjærer tetningsringen.

Mer bestemt, dersom man betrakter alle kreftene som virker i rommet, er koplingsanordningen ifølge oppfinnelsen slik at stedet for angrepspunktene til resultanten av kreftene som ut-øves av en sammenspennintsinnretning befinner seg på en sirkel hvis diameter er i det vesentlige lik middeldiameteren til sporet som opptar tetningsringen.

Mer bestemt angår oppfinnelsen en koplingsanordning for tettende sammenkopling av to hule sylindriske deler, av den art som omfatter

- et muffeelement som avgrenser et sylindrisk hulrom hvis bunn danner en første trykkflate vesentlig vinkelrett på hulrommets akse, - et tappelement som har en annen trykkflate og er innrettet til å innføres i muffeelementet, - minst en tetningsring anordnet i et sirkulært spor som er utformet i en av flatene og innrettet til å ligge tettende an mot den andre trykkflate når tappelementet og muffeelementet er i inngrep med hverandre, og - en klemring innrettet til å fastholde tappelementet i muffeelementets hulrom, ved ansetting av krefter som trykker tappelementet og muffeelementets trykkflate. Ifølge oppfinnelsen, når tapp- og muffeelementet fastholdes i forhold til hverandre ved hjelp av klemringen, - ligger de to trykkflater direkte an mot hverandre og omslutter på alle sider tetningsringen i sporet, og - stedet for angrepspunktene til resultanten av de krefter som på grunn av klemringen virker på tappelementet i hvert aksialplan befinner seg på en sirkel hvis diameter er vesentlig lik sporets middeldiameter.

Middeldiameteren..-til den trykkflate som ikke omfatter sporet er også fortrinnsvis tilnærmet lik sporets middeldiameter.

Ifølge en utførings form har muffeelementet utspring som rager inn i hulrommet,og klemringen har utspring innrettet til å samvirke med muffeelementets utspring, hvilke utspring er jevnt fordelt langs muffeelementets innvendige omkrets og langs klemringens ytre omkrets, slik at de muliggjør en bajonettkopling. De samvirkende flater på utspringene til muffeelementet og klemringen kan f.eks. danne skrueformede skråplan. Videre har muffeelementets og klemringens utspring fortrinnsvis forskjellig lengde slik at ett av utspringene strekker seg forbi det annet når de er i inngrepsstilling.

Dessuten kan skråplanenes skrueflater, sett i lengdesnitt, helle i forhold til et plan på tvers av muffeelementets akse på en slik måte at når muffeelementet og klemringen samvirker, trykker muffeelementets utspring mot hulrommets akse.

Ifølge en annen utførings form er klemringen innskrudd i

muffeelementet.

Det er også fordelaktig at klemringens overflate som samvirker med tappelementet og overflaten til tappelementet som samvirker med klemringen utgjøres av to koniske flater med samme toppvinkel slik at sammenspenning av koplingsanordningen bevirker sentrering av tappelementet og muffeelementet i forhold til hverandre.

Ifølge en annen utføre Ises form kan tappelementets og muffeelementets trykkflater være koniske med samme toppvinkel, slik at tapp- og muffeelementene innrettes automatisk når koplingsanordningen sammenspennes.

Det er også fordelaktig å ha en innretning som hindrer omdreining av klemringen i forhold til muffeelementet når ringen er tilspent.

Ifølge et fordelaktig trekk ved oppfinnelsen utgjøres klemringen av flere deler slik at den kan anbringes på et rør etter at koplingsanordningens elementer er sveiset til de to rørene.

Andre trekk, og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av føl-gende beskrivelse i tilknytning til tegningene, hvorav fig. 1 er tidligere omtalt, og hvor: Fig. 2 er et perspektivriss av en utføringsform av koplingsanordningen ifølge oppfinnelsen i montert tilstand vist med et fjernet parti, Fig. 3 er et sideriss av klemringen til koplingsanordningen på fig. 2, og Fig. 4 er et lengdesnitt av en annen utføringsform av koplingsanordningen ifølge oppfinnelsen.

Koplingsanordningen vist på fig. 2 og 3 generelt angitt ved tallet 2 8 er konstruert for sammenkopling av to rørdeler 30, 32. Den omfatter et muffeelement 34, et tappelement 36 og en klemring 38. Muffedelen 34, som på forhånd i et verksted er på-sveiset rørdelen 30 som antydet med tallet 39, omfatter et sylindrisk parti .40 i forlengelse av rørdelen 30, et flensformet parti 42 som danner en innvendig trykkflate 44 i hvilken er ut-bredt et sirkulært spor 46 og et ytre sylindrisk parti 48.

Ytterpartiet eller kragen 48 har utspring 50 som vender inn-over. Utspringenes 50 overflater som vender mot trykkflaten

44 danner skrueformede skråplan.

Tappelementet 36 omfatter et sylindrisk parti 52 i forlengelse av rørdelen 32 til hvilken den er sveiset som antydet ved tallet 53. Tappelementet omfatter videre en utadragende flens 54 som danner en trykkflate 56 for anlegg mot muffeelementets trykkflate 44.

Klemringen 98 har en sylindrisk hoveddel 58 med radielt utadragende utspring 60 og hakk 62 i den aksielt utadvendte overflate.

Koplingsanordningen omfatter videre en tetningsring 64 som er anordnet i sporet 46 i muffeelementet 34.

Ifølge oppfinnelsen er de to trykkflater 44 og 56 på henholdsvis muffe- og tappelementene 34 og 36 i innbyrdes anlegg og inneslutter tetningsringen 64 på alle sider. Videre er, i hvert lengdesnittplan, angrepspunktet 66 for resultanten 68 av de krefter som ringen 38 utøver mot flensen 54 i samme avstand fra koplingsanordningens lengdeakse 70 som sporets 46 senter. Følgelig vil aksen 72 til kraftresultantens 68 komponent parallelt med aksen 70 passere gjennom sporets 46 senter.

Fig. 2 er ikke tegnet i målestokk. Således er kragen 48 til muffeelementet vist som beliggende i stor avstand fra flensens 54 ytterparti for at inngrepet mellom muffeelementets og klemringens utspring, henholdsvis 50 og 60, skal komme klarere frem. De riktige proporsjoner fremgår av fig. 3 som bare viser klemringen med utspring 60 som danner skrueformede skråplan 74 innrettet til å samvirke med utspringenes 50 skrueformede skråplan.

Mer bestemt fremgår det av fig. 2 at de samvirkende flater 76 på utspringene 50 til muffeelementet og utspringene 60 til ringen heller i forhold til et plan på tvers av aksen 70, i retning nedover mot denne akse, i fremstillingen på fig. 2, dvs. når klemringen tilspennes har kreftene en komponent parallelt med koplingsanordningens akse 70, men også med en radiell komponent. Denne radielle komponent er rettet innad på utspringene 50 og utad på utspringene 60. Når således klemringen tilspennes vil utspringene 50 trekkes nærmere aksen 70 og hindre utspredning av kragen 48 til muffeelementet som, ettersom det utsettes for trykk-krefter, har en større meka- ' nisk styrke. Dessuten sentrerer klemringen automatisk i forhold til muffeelementets utspring.

Det skal videre bemerkes at på utføringsformen ifølge fig. 2 danner de samvirkende flater på tappelementets flens 54 og klemringen 38 koniske flater, slik at når ringen 38 tilspennes mot muffeelementet 34 vil tappelementet 36 ha en tendens til selv-sentrering i muffeelementet.

Når koplingsanordningen skal benyttes,sveises muffeelementet 34 til rørdelen 30 og tappelementet 36 sveises til rør-delen 32 på verkstedet, etter at klemringen 38 er anbrakt på rørdelen 32. Når rørdelene skal sammenkoples på anleggs-stedet innføres tappelementet i mufffeelementet og klemringen forskyves slik at dens utspring 60 bringes på linje med rom-mene mellom muffeelementets utspring 50. Ved så å dreie ringen 38 i riktig retning bringes utspringene 50 og 60 i innbyrdes inngrep og tappelementet spennes mot muffeelementet, slik at tetningsringen fastklemmes. Koplingen kan låses ved å bore et hull 77 i kragen 48 og et av utspringene 60 og ved å inn-føre en pinne, eller ved hammerslag mot den utstikkende ende av et av utspringene.

Fig. 4 viser en annen utføringsform av oppfinnelsen der klemringen samvirker med muffeelementet ved hjelp av en skrue-forbindelse. Mer bestemt er koplingsanordningen 78 ifølge oppfinnelsen bestemt til å sammenkople to rørdeler 80,82. Muffeelementet 84 som er sveiset til rørdelen 80 oppviser en trykkflate 90 som strekker seg vinkelrett på anordningens 78 lengdeakse og i hvilken er utformet med et spor 92 som opptar en

tetningsring 94. Muffeelementets 84 ytre parti eller krage 96 er utformet med innvendige gjenger 98.

Tappelementet 86 oppviser en trykkflate 100 innrettet til å samvirke med muffeelementets flate 90.

Klemringen 88 har utvendige gjenger 102, komplementære til muf feelementets innvendige gjenger 98.. Gjengene er fortrinnsvis av den type som benyttes på artillerideler og er istand til å oppta ekstremt høye belastninger parallelt med koplingsanordningens akse. Ringen har utspring 104 som rager ut av den utvendige radielle overflate og som er beregnet til

å muliggjøre tiltrekking av ringen 88.

Ved bruk av koplingsanordningen ifølge oppfinnelsen sveises muffeelementet 84 til rørdelen 80 på verkstedet, og tappelementet 86 sveises til rørdelen 82, etter at ringen 88 er anbrakt på denne rørdel. Når delene 80 og 82 er anbrakt på plass, innføres tappelementet i muffeelementet og ringen 88 tiltrekkes i muffeelementet, slik at den trykker tappelementet mot muffeelementet. Etter tiltrekking kan ringen 88 låses til kragen 96 ved lokal deformering av gjengene ved hjelp av et verktøy som innføres i et hull 103 som er boret tvers gjennom kragen 96.

Det vil være klart at mange varianter av koplingsanordningen ifølge oppfinnelsen er mulig. I utførings formen ifølge fig. 2 og 3 kan således antall utspring i muffeelementet og klemringen variere. Ved utføringsformen ifølge fig. 4 kan de utvendige gjenger 102 eller de innvendige gjenger 98 enten være kontinuerlige eller avbrutt.

Ved utføringsformen ifølge fig. 2 og 3 er det antydet at samvirkende flater på klemringen og tappelementet er koniske flater, og at de samvirkende flater på klemringen og muffeelementet har skrueformede skrå flater som virker til å sen-trere tappelementet i muffeelementet. For utføringsformen ifølge fig. 4 er der ikke beskrevet noen selvsentrerende innretning. De forskjellige utføringsformer kan imidlertid inn-befatte en slik selvsentreringsinnretning, enten som beskrevet i forbindelse med fig. 2, eller av en annen type. F.eks. kan selve trykkflatene til tappelementet og muffeelementet være utformet svakt koniske og komplementære, slik at disse flater selv sørger for sentreringen.

Selv om det er angitt at tetningsringen er opptatt i muffeelementet, kan sporet selvsagt isteden være utformet i tappelementet.

Klemringen 38 eller 88 er vist som utført i ett stykke. Dette er ikke et nødvendig trekk. Det er således særlig hensiktsmessig å benytte en klemring bestående av minst to deler for montering av ringen på en rørdel som bærer en koplingsanordning, etter at tapp- eller muffeelementet er sveiset til nevnte rørdel. Det er bare nødvendig at klemringen, etter at dens forskjellige deler er brakt på plass, på hensiktsmessig måte utøver den nødvendige kraft på tappelementet. Ifølge utføringsformen vist på fig. 2 kan klemringen f.eks. ganske enkelt være diametralt oppdelt i to deler, eventuelt med hengslings- eller sentreringsinnretninger som sikrer hensiktsmessig innstilling av klemringens to deler. Ifølge utførings-formen vist på fig. 4 kan ringen også være diametralt slisset, og sentreringsinnretninger, f.eks. av V-form, muliggjør hensiktsmessig innstilling av de to halvringer. Ved denne siste utføringsform kan det være fordelaktig at ringens gjenger er avbrutt nær de samvirkende overflater på ringens forskjellige deler.

Tappelementet og/eller muffeelementet kan være forsynt med et elektrisk belegg, hvorved man opptar en isolert kopling.

Koplingsanordningen ifølge oppfinnelsen kan eventuelt demonteres uten skader av betydning som kan hindre at den kan brukes om igjen.

Oppfinnelsen er særlig hensiktsmessig for transport under trykk gjennom rørledninger med stor diameter, av fluider såsom hydrokarboner og naturgass, og faste stoffer såsom mineraler og karbon, idet rørledningene da kan ha et innvendig slitefast belegg.

Claims (12)

1. Koplingsanordning for tettende sammenkopling av to hule sylindriske deler, av den art som omfatter - et muffeelement som avgrenser et sylindrisk hulrom hvis bunn danner en første trykkflate vesentlig vinkelrett på hulrommets akse, - et tappelement som har en annen trykkflate og er innrettet til å innføres i muffeelementet, - minst én tetningsring anordnet i et sirkulært spor som er utformet i en av flatene og innrettet til å ligge tettende an mot den andre trykkflate når tappelementet og muffeelementet er i inngrep med hverandre, og en klemring innrettet til å fastholde tappelementet i muffeelementets hulrom, ved ansetting av krefter som trykker tappelementet og muffeelementets trykkflate,karakterisert vedat når tapp- og muffeelementet fastholdes i forhold til hverandre ved hjelp av klemringen, - ligger de to trykkflater direkte an mot hverandre og omslutter på alle sider tetningsringen i sporet, og - stedet for angrepspunktene til resultanten av de krefter som på grunn av klemringen virker på tappelementet i hvert aksialplan befinner seg på en sirkel hvis diameter er vesentlig lik sporets middeldiameter.

2. Anordning ifølge krav .1,karakterisertved at middeldiameteren til trykkflaten som ikke omfatter spor er omtrent lik sporets middeldiameter.

3. Anordning ifølge krav 1 og 2,karakterisert vedat muffeelementet har utspring som strekker seg innad i hulrommet og at klemringen har utspring for inngrep med muffeelementets utspring, hvilke utspring er regel-messig anordnet rundt den innvendige omkrets på muffeelementet og den utvendige omkrets på klemringen for å danne en bajonettkopling.

4.. Anordning ifølge krav 3,karakterisertved at de samvirkende flater på utspringene til muffeelementet og klemringen er i form av skrueflater.

5. Anordning ifølge krav 4,karakterisertved at utspringene på muffeelementet og utspringene på klemringen har forskjellig lengde, slik at utspring på muffeelementet eller på klemringen strekker seg utenfor et utspring på henholdsvis klemringen eller muffeelementet, når muf feelementet og klemringen er i sammen 1 å s.t stilling.

6. Anordning ifølge krav 5,karakterisertved at skrueflatene, sett i lengdesnitt, er skråstilt i forhold til et plan på tvers av muffeelementets akse, idet skråstillingen er slik at når muffeelementet og klemringen er i inngrep trykkes muffeelementets utspring mot hulrommets akse.

Anordning ifølge krav 1 og 2, karakteri- ser t ved at klemringen er innskrudd i muffeelementet.

8. Anordning ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat den flate på klemringen som samvirker med tappelementet og den flate på tappelementet som samvirker med klemringen begge er koniske med samme toppvinkel slik at sammenspenning av koplingsanordningen bevirker sentrering av tappelementet og muffeelementet i forhold til hverandre.

9. Anordning ifølge et av de foregående krav 1-7,karakterisert vedat trykkflatene på tappelementet og muffeelementet er koniske med samme toppvinkel slik at tapp- og muffeelementene er selv-sentrerende under sammenspenning av koplingsanordningen.

10. Anordning ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat den omfatter en innretning for å hindre omdreining av klemringen i forhold til muffeelementet når ringen og elementet er fastspent i forhold til hverandre.

11. Anordning ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat klemringen utgjøres av flere deler slik at de kan anbringes på plass på et rør etter at koplingsanordningens elementer er sveiset til rørets to ender.

12. Rørdel,karakterisert vedat den i det. minste ved en av sine ender bærer et tappelement eller et muffeelement av en koplingsanordning ifølge et av de foregående krav.