NO844035L - Fleksibelt roerledd - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et fleksibelt rørledd av typen med kule og leddskål, omfattende et kuleelement med en gjennomgående midtre åpning og en sammenholdingsanord-

ning som svingbart sammenkobler kuleelementet og leddskålelementet.

Et rørledd av denne type er beskrevet i DE-OS 1 650 030. Kuleelementet i dette tidligere kjente, fleksible rørledd

har et innvendig gjenget halsparti for tilkobling av et av rørene som skal sammenkobles ved hjelp av det fleksible rørledd. Leddskålelementet er anordnet på lignende måte,

med et innvendig gjenget halsparti for tilkobling av det andre av rørene. Kuleelementet er svingelagret i leddskålelementet ved hjelp av sammenho1dingsanordni ngen som omfatter en ringmutter som er skrudd inn på leddskålelementet og er tettet ved hjelp av tetningsringer. Det fleksible rør-

ledd muliggjør at et rør kan svinges i alle retninger i en begrenset vinkel i forhold til det annet rør.

DE-PS 504 792 beskriver et fleksibelt rørledd av typen med kule og leddskål, idet sv ingebevege1 se av kuleelementet i leddskålelementet begrenses til en enkelt svingeakse som forløper gjennom midten av kuleelementet, ved hjelp av tapper som er skrudd inn i leddskålelementet og som er beveg-elig innført i aksiale spor i kuleflaten til kuleelementet. Disse tapper begrenser sv ingebevegel sen om den nevnte akse

til en bestemt vinkel ved å komme til anlegg mot endeflat-

ene i sporene. Denne tidligere kjente anordning betinger en komplisert fremsti11ingsprosess : tappene må nødvendig-

vis monteres i leddskålen som separate elementer, og spor-

ene krever komplisert maskinering. Dessuten kan anord-

ningen ikke oppta stor belastning når den danner en vinkel, eller innvendig trykk, og funksjoneringen kan påvirkes av fremmedlegemer som trenger inn i sporene.

Hovedformålet med oppfinnelsen er å komme frem til et flek sibelt rørledd av den type som er angitt ovenfor, som er av en solid og allikevel enkel konstruksjon og som er særlig velegnet for permanent montering som en rør 1edningskob1 ing som kan tåle store trykkforskjeller og muliggjør at rør-ledningen kan legges direkte på diskontinuerlig eller ujevn sjøbunn på dypt vann uten bruk av støtteben for rørledning-en og uten at det kreves utjevnet sjøbunn, på grunn av at koblingen gir etter når rørledningen anbringes, slik at den tilpasser seg forholdene på bunnen.

Et annet formål med oppfinnelsen er å komme frem til en fleksibel rørledningskobling med hvilken røret kan styres mens det legges i sjøen fra et fartøy, slik at rørutlegg-ingen blir enklere og det oppstår mindre spenninger i rør-ledningen på grunn av utleggingsoperasjonen.

Et annet formål med oppfinnelsen er å komme frem til et fleksiblet rørledd som er velegnet for sammenkobling av rørformede borestenger for rotasjonsboring, med forbedrede muligheter til å drive et bor vertikalt inn i fjell ved dypbor i ng.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å komme frem til et fleksibelt ledd av den type som er angitt ovenfor, og slik at de krefter som oppstår mellom kuleelementet og leddskålelementet ved tiltrekking av sammenholdingsanordningen opptas av lagerpartier på kulen og leddskålelementet som er i innbyrdes anlegg, slik at kuleflatene til element-ene avlastes for høye trykk. Disse flater kan være anordnet uten innbyrdes kontakt metall mot metall.

Disse og andre formål og fordeler med oppfinnelsen oppnås i henhold til hensikten med oppfinnelsen ved hjelp av et fleksibelt rørledd av den type som er angitt ovenfor, og som kjennetegnes ved at kuleelmentet har to plane flater som utgjør avflatninger av kuleflaten på kuleelementet, og som er parallelle med et aksialplan og befinner seg symme trisk en på hver side av dette plan, og som har styrende anlegg mot plane flater på leddskålelementet, hvilke danner avflatninger i leddskålelementet, i utsparingen i dette, og befinner seg en på hver side av kuleelementet som er innført i denne, for å begrense sv ingebevege1 sen av kuleelementet i leddskålelementet til en enkelt svingeakse som forløper vinkelrett på det nevnte aksialplan.

Et fleksibelt rørledd i henhold til oppfinnelsen er velegnet til bruk i rørledninger på land, i stigerør for pro-duksjonsplattformer og for borerigger, og .for alle andre rørkob1 inger, særlig for produksjon av olje og gass, såvel off shore som på land.

De vedføyde tegninger, som inngår i og utgjør en del av denne beskrivelse, illustrerer utføre 1sesformer av oppfinnelsen, og tjener sammen med beskrivelsen til å for-klare prinsippene ved oppfinnelsen.

Tegningene viser:

Fig. 1 viser, sett fra siden, hoveddelene i det fleksible rørledd, i en utføre 1sesform av dette, med kulen liggende i leddskå1 en. Fig. 2 viser et aksialsnitt gjennom det fleksible rørledd vist i fig. 1.

Fig. 3 viser kuleelementet sett fra siden.

Fig. 4 viser kulen sett i retning av pilene IV-1V i fig. 3. Fig. 5 viser leddskålen sett i retning av pilen V-V i fig. 6.

Fig. 6 viser et aksialsnitt gjennom leddskålen vist i fig. 5. Fig. 7 viser i perspektiv et komplett, fleksibelt rørledd, med kulen og leddskålen svingbart sammenkoblet ved hjelp av den sammeholdende skrueanordning. Fig. 8 viser et aksialsnitt gjennom det fleksible rørledd i en annen utføre 1sesform av dette. Fig. 9 er en lignende avbildning som vist i fig. 8, sett vinkelrett på avbildningen i fig. 8.

Med henvisning til tegningene og særlig fig. 1 - 4, har kuleelementet 1 et sylindrisk halsparti 2, en kule 3 og en gjennomgående, midtre, sirkulær åpning 4. Denne åpning utvider seg fra overgangen 5 mellom halspartiet 2 og kulen 3 i et første aksialplan 6 (fig. 4), slik at munningen 7 ved overflaten av kulen har en bredde som er det dobbelte av bredden til åpningen i halspartiet. I et annet aksialplan 8 som er vinkelrett på det første aksialplan 6 er imidlertid bredden til den utvidede åpning gjennom kulen lik bredden (diameteren) til åpningen 4 i halspartiet 2.

Kulen 3 danner to plane flater 9 og 10 som er parallelle med det første aksialplan 6 og befinner seg symmetrisk en på hver side av dette plan. Disse flater er dannet ved av-flatning av kuleflaten til kulen 3. Kulen danner også skulderpartier 11 og 12 som forløper fra flatene 9 og 10. Hvert av disse skulderpartier danner en avrundet kant 13 og 14, som befinner seg hovedsakelig på en diameter som for-løper gjennom midten av kulen 3, vinkelrett på det første aksialplan 6. To avskrådde an 1eggsf1ater 15, 16 og 17, 18 rager i motsatte retninger fra den tilhørende kant 13 eller 14.

Under henvisning til fig. 1, 2, 5 og 6 danner leddskålelementet 21 et sylindrisk halsparti 22, en skål 23 og en gjennomgående, midtre, sirkulær åpning 24. Som det fremgår av fig. 5 og 6 danner skålen 23 en ha 1vku1eformet utsparing

25 med to motstående, plane sideflater 26' og 27', hvilke

er parallelle med hverandre og er dannet av to halvkuleformede segmenter 26 og 27, anordnet symmetrisk og innbyrdes snudd, idet disse ender i diameterp1anet til skålen 23

i plane sirke1 segmenter 28 og 29. De plane sideflater 26' og 27' er avflatninger på skålelementet, og avgrenser den ha 1vku1eformede utsparing 25. Segmentene 26 og 27 danner lager for svingelagring av kulen i den planparallei le utsparing 25 i skålen 23, i samvirke med skulderpartiene 11

og 12 som ligger mot sirke1 segmentene ved kantene 13 og 14 på disse. Således danner flatene 9 og 10 på kulen 3 styreflater for sv ingebevege1 se av kuleelementet i leddskålelementet om en enkelt akse, nemlig den akse som rager gjennom midten av kulen 3 vinkelrett på det første aksialplan 6.

Som det best fremgår av fig. 1 bestemmer størrelsen av vinkelen eC som avgrenses av anleggsflåtene 15 og 16 svingeom-rådet for kuleelementet og leddskålelementet i forhold til hverandre. Av hensyn til gjennomstrømningen og utformning-en bør den største svingevinkel i hver retning fra midtsti 11 i ngen bestemt av aksen til leddskålelementet 23, fortrinnsvis være omtrent 44°, hvilket vil si at vinkelen

cC som bestemmes av anleggsflåtene 15, 16 og 17, 18, fig. 4, bør være omtrent 136°.

Kuleelementet 1 og leddskåleelementet 21 er montert sammen ved hjelp av en sammenho1dingsanordning 30 som omfatter en sperrering 31, som danner en ringformet endeflens 32 som ligger mot en nedre skulder 33 på leddskålelementet 21, og en skruering 34 som er skrudd inn i låseringen 31 og ligger mot den ytre kuleflaten på kulen 3. Skrueringen 34 er skrudd inn i låseringen 31 og kan trekkes til etter ønske. Tetn ingsringer 35 er anordnet i ringformede spor i skrueringen og kulen, og tetn ingsr inger 36 er anordnet mellom flensen 32 og skulderen 33, for å bevirke en sekundær tet-ning mellom leddskålelementet og låseringen 31.

I det fleksible rørledd i henhold til oppfinnelsen danner kuleflaten på kulen 3 en liten spalt mot kuleflaten i den ha 1vku1eformede utsparing 25, slik at det ikke er noen kontakt metall mot metall mellom disse flater. Når skrueringen 34 er trukket til vil tetn ingsringene 35 komprimeres mot kuleflaten på kulen 3, og tetn ingsringene 36 vil komprimeres mot skulderen 33. Det oppstår ingen kontakt metall mot metall mellom skrueringen og kuleflaten eller mellom flensen 32 tii låseringen 31 og skulderen 33. Trykket fra

skrueringen mot kulen vil opptas av skulderpartiene 11 og 12 som ligger mot kantene 13 og 14 på flatene 28 og 29. Når leddet benyttes som en rørledningskobling bør leddet være i denne tilstand når rørledningen legges ned, for å muliggjøre at rørledningen kan justere seg selv etter

ujevnheter i den flate som bærer rørledningen, ved at rør-leddet bøyes. Når rørledningen er lagt ned vil skrueringen 34 bli trukket til videre, for fullstendig å komprimere

tetn ingsringene 35 for å bringe skrueringen 34 til kontakt metall mot metall med kulen 3, og for fullstendig å komprimere tetningsringene 36 for å bringe flensen 32 til kontakt metall mot metall mot skulderen 33.

I denne tilstand er kuleelementet og leddskålelementet sperret slik at det hindres bøyning av kuleleddet, hvilket følgelig virker som en stiv rørskjøt.

Som det fremgår av fig. 7 er låseringen 32 og skrueringen 34 utstyrt med fremspring 37 for tilkobling av verktøy for bevegelse av ringene.

Som nevnt ovenfor bevirker den positivt styrte fleksibili-tet til rørleddet i henhold til oppfinnelsen, som begrenser innbyrdes v inkelbe vegel se av de to rør som er sammenkoblet av leddet til et enkelt plan, store fordeler ved utlegging av olje- eller gassrørledninger på sjøbunnen eller på land, på grunn av det faktum at håndteringen av rørledningene vil bli vesentlig forenklet. I denne forbindelse skal det nev- nes at rørene kan sveises til halspartiene på det fleksible rørledd på land, slik at bare mekanisk montering må utføres off shore. Dette muliggjør monteringstider som er vesentlig redusert. Det fleksible ledd er sterkere enn selve røret i alle stillinger, og leddet har en jevn ytterflate som forenkler håndtering av rørledningen. Leddet bøyes når rørledningen legges, og deretter, når rørledningen er lagt ut, sperres leddet i sin endelige stilling ved tilskruing av sammenholdingsanordningen.

Det fleksible rørledd i henhold til oppfinnelsen kan også benyttes for sammenkobling av rørformede borestaver for boring av dype hull. Når låseringen 31 og skrueringen 34 er trukket til er det ingen klaring mellom de enkelte borestaver som er sammenkoblet ved hjelp av leddet. På grunn av det faktum at fleksibiliteten er positiv begrenset til bare et plan er faren for at den roterende, sammensatte borestav skal bevirke avvik for borkronen vesentlig redusert. En annen fordel som oppnås med rørleddet i henhold til oppfinnelsen er muligheten for å reversere rotasjons-retningen, dersom borkronen har satt seg fast i borehullet. En sammensatt borestang der de enkelte borestaver er sammenkoblet på konvensjonell måte ved å skrus sammen gir ikke denne mulighet.

En annen fordel ved bruk av det fleksible rørledd i henhold til oppfinnelsen for sammenkobling av rørformede borestenger er at borkronen sammen med den sammensatte borestang som består av tett sammenføyde, separate, rørformede borestenger, etter en vellykket boring kan etterlates i hullet og benyttes for transport av olje eller gass.

I den beskrevne utførelsesform faller sentrum av kulen 3 og sentrum av den halvkuleformede utsparing 25 i leddskålen sammen, og svingeaksen til det fleksible rørledd forløper hovedsakelig gjennom dette sentrum. Det er imidlertid

mulig, og kan foretrekkes på grunn av strømningsbanen i

leddet, å anbringe sentrum av kulen og utsparingen og sentrum for svingning forskjøvet aksialt i forhold til hverandre, idet sv ingesenteret anbringes under senteret i kulen og utsparingen, slik som vist i fig. 1 og 2. I dette tilfellet bør leddskålelementet ha flatene 28 og 29 belig-gende under senteret til utsparingen 25, idet kantene 10 og 11 ligger mot disse flater og bestemmer sv ingesenteret.

Under henvisning til fig. 8 og 9, som beskriver en annen utføre 1sesform av det fleksible rørledd i henhold til oppfinnelsen, omfatter det viste rørledd et kuleelement 1 med en kule 3 og et halsparti 2, og et leddskålelement 21 som har en leddskål 23 og et halsparti 22, slik som i den tidligere beskrevne utføre 1sesform. Imidlertid er i dette tilfellet 1agringsarrangementet endret. Leddskå1elementer 21 er utstyrt med elementer 40 som er anordnet på diametralt motsatte sider. Hvert element 40 er festet til eller ugjør en integrert del av leddskålen 23, og rager ut fra endeflaten 41 på dette. Elementet 40 er ført inn i en V-formet utsparing 42 i kulen 3, og elementet 40 og kulen 3 danner plane flater som ligger mot hverandre ved 43. De danner også sirkulært buede flater som ligger mot hverande ved 44. Med dette arrangement er den innbyrdes vinkelbe-vegelse til kuleelementet og leddskålelementet begrenset på samme måte som for den først beskrevne utføre 1sesform, til en enkelt, tverrgående akse 45 i fig. 9, hvilken forløper gjennom kulens sentrum og gjennom sentrum av de sirkulært buede flater. Vinkelbevegelsen er begrenset av flatene 46 i utsparingen 42 som kommer til anlegg mot elementet 40, og fortrinnsvis kan kuleelementet og leddskålelementet svinges i forhold til hverandre en største vinkel på 20° til

hvers side av midtsti11 ingen vist i fig. 8 og 9. Imidlertid kan også utsparingen 42 være usymmetrisk, for å mulig-gjøre at kuleelementet og leddskålelementet kan svinges mot hverande bare til en side fra midtsti 11 i ngen.

Ved utføre 1sesformen i fig. 8 og 9 er kuleelementet og leddskålelementet sammenkoblet ved hjelp av en skruering 47 som er festet til et gjenget parti 48 på leddskålelementet 21. Primære tetningsringer 35 er anordnet mellom kulen 3 og skrueringen 47, mens sekundære tetningsringer er anordnet mellom den ytre sylinderflate på leddskålelementet 21 og skrueringen 47.

Funksjoner i ngen og fordelene med den utføre 1sesform som er beskrevet under henvisning til fig. 8 og 9 er de samme som

for den først beskrevne utføre 1sesform. De to beskrevne utføre 1sesformer er kommensurable og kan benyttes som

alternativer til hverandre.

Claims (10)

1. Fleksibelt rørledd av typen med kule og leddskål, omfattende et kuleelement med en gjennomgående midtre åpning, et leddskålelement med en gjennomgående midtre åpning, og en sammenholdingsanordning som svingbart sammenkobler kuleelementet og leddskålelementet, karakterisert ved at kuleelementet har to plane flater som utgjør avflatninger av kuleflaten på kuleelementet, og er parallelle med et aksialplan samt befinner seg symmetrisk en på hver side av dette plan, og ligger styrende mot plane flater på leddskålelementet, hvilke ut-gjør avflatninger på leddskålelementet i leddskålen til dette, og befinner seg en på hver side av kuleelementet som er innført i denne, for å begrense sv ingebevege1 sen til kuleelementet i leddskålelementet til en enkelt svingeakse som forløper vinkelrett på det nevnte aksialplan.

2. Fleksiblet rørledd som angitt i krav 1, karakterisert ved at kuleelementet er understøttet i leddskålelementet ved hjelp av lager på diametralt motsatte sider, idet svingeaksen er bestemt av disse lager.

3. Fleksibelt rørledd som angitt i krav 2, karakterisert ved at lagrene omfatter kanter på diametralt motsatte sider, idet svingeaksen for-løper hovedsakelig langs disse kanter.

4. Fleksibelt rørledd som angitt i krav 3, karakterisert ved at kantene er dannet av kuleelementet og at kuleelementet danner an1eggsf1ater på hver side av hver kant, og begrenser sv ingebevege1 sen til kuleelementet ved kontakt med leddskålelementet.

5. Fleksibelt rørledd som angitt i krav 4, karakterisert ved at hver kant er dannet av skulderpartier som rager en fra hver plane flate på kuleelementet, idet anleggsflåtene dannes av det nevnte fremspring og divergerer fra den nevnte kant.

6. Fleksibelt rørledd som angitt i krav 5, karakterisert ved at hver kant ligger mot endeflaten på leddskålelementet ved åpningen av leddskålen som er dannet i dette.

7. Fleksibelt rørledd som angitt i krav 2, karakterisert ved at de nevnte lager omfatter fremspring på leddskålelementet, ragende fra endeflaten av dette på diametralt motsatte sider av åpningen til leddskålen som er dannet i dette.

8. Fleksibelt rørledd som angitt i krav 7, karakterisert ved at kuleelementet danner utsparinger ved motsatte sider av dette, idet hver utsparing inneholder et av de nevnte fremspring, at divergerende begrensningsflater i hver utsparing danner anleggsflater på hver side av fremspringet som er innført i denne, og begrenser svingebevegelsen til kuleelementet ved kontakt med fremspr i nget.

9. Fleksibelt rørledd som angitt i krav 8, karakterisert ved at fremspringene og ut-sparingene danner styreflater på henholdsvis kuleelementet og leddskålelementet.

10. Fleksibelt rørledd som angitt i krav 8 eller 9, karakterisert ved at kuleelementet er understøttet på fremspringene i sirkulært buede lagerflater på henholdsvis kuleelementet og fremspringene, idet sentrum for de nevnte flater ligger på den nevnte svingeakse.