NO20120823A1 - Toveis trykkaktivert aksialtetning og en applikasjon i en svivelforbindelse - Google Patents

Abstract

En rørformet forbindelse har første og andre rørorganer (11, 17) med innrettede boringer (19) med en felles akse (21), og har første, henholdsvis andre tetningsoverflater (29, 33). En metalltetning (37) har et første endeparti (41) i tettende inngrep med den første tetningsoverflate (29) og et annet endeparti (45) i tettende inngrep med den annen tetningsoverflate (33). Metalltetningen (37) har en sidevegg (47) med minst to folder (49, 51). En av foldene (49) avgrenser et aksialt indre gap. Den andre av foldene (51) avgrenser et aksialt ytre gap. Et ytre avstandsorgan (61) er posisjonert i det ytre gap for å begrense lukking av det ytre gap som respons på et større trykk på innsiden av tetningen (37) enn på utsiden. Et indre avstandsorgan (55) er posisjonert i det indre gap for å begrense lukking av det indre gap som respons på et større trykk på utsiden av tetningen (37) enn på innsiden.

Description

KRYSSREFERANSE TIL BESLEKTEDE SØKNADER

Denne søknad krever prioritet fra foreløpig patentsøknad 61/509,408, innlevert 19. juli, 2001.

OFFENTLIGGJØRINGENS OMRÅDE

Denne oppfinnelse vedrører generelt olje- og gassbrønnutstyr, og særlig en metall-mot-metall-tetning for tetting mellom rørformede organer og særlig mellom roterbare organer av en svivel.

BAKGRUNN

I olje- og gassutstyr, kan noen anvende tetninger som trykkaktiveres; det vil si at fluidtrykk på én side av tetningen forårsaker at det tettende overflater går i større kontakt med hverandre. For eksempel, fluidtrykk påført på den forsenkede eller konkave side av en ringformet kopp-formet tetning eller leppetetning øker den tettende kraft. En leppetetning tetter ikke mot fluidtrykk påført på konveks side, den er således en en-veis trykkaktivert tetning.

Mange to-veis tetninger er ikke trykkaktiverte. De tetter på grunn av deformasjon mot tetningsoverflaten påført av fastklemmende krefter under installasjon. De tetter i begge retninger uavhengig av fluidtrykket. For eksempel, foringsrørhenger-tetninger i brønnhoder er typisk ikke trykkaktiverte. Ofte er de laget av metall og blir permanent deformert.

En fordel ved en trykkaktivert tetning er at den ikke krever at en høy fastklemmende kraft påføres før den utsettes for fluidtrykk. For eksempel, har en undersjøisk svivelkonnektor rørformede organer med innrettede boringer. Hvert rørformede organ har en utvendig flens med et boltmønster for bolting til deler av undersjøisk utstyr. For installasjon blir svivelkonnektoren posisjonert mellom det undersjøiske utstyr og boltet til en del. Den uboltede flens roteres deretter inntil den er innrettet med den andre delen, for å tillate at den andre delen boltes. Så snart den er boltet til begge deler, er ingen ytterligere svivelbevegelse nødvendige. En metall-mot-metall-tetning mellom to deler av svivelen vil hindre delene i å rotere hvis den er av en type som deformes permanent. Elastomeriske tetninger mellom de to deler av svivelen virker, de har imidlertid ikke den lange levetiden til metall-mot-metall-tetninger.

En en-veis trykkaktivert metalltetning mellom to deler av svivelen kan anvendes, men har ulemper. Det indre fluidtrykk i svivelen for å aktivere tetningen vil opptre etter at begge deler av svivelen er satt sammen med de to deler av undervannsutstyr. Trykkaktivert deformasjon av metalltetningen vil normalt være elastisk og under flytegrensen for metallet i leppetetningen. Når det indre fluidtrykk fjernes eller reduseres, minker kontaktkretsene mellom de tettende overflater. En reduksjon i kontaktkrefter kan resultere i lekkasje av sjøvann fra utsiden til innsiden, hvilket er uheldig. Det er andre applikasjoner for en to-veis trykkaktivert metalltetning.

SAMMENFATNING

En forbindelse har første og andre rørformede organer som har innrettede boringer med en felles akse som har første, henholdsvis andre tetningsoverflater. En metalltetning har et første endeparti som tettende går i inngrep med den første tetningsoverflate og et annet endeparti som tettende går i inngrep med den annen tetningsoverflate. Metall-tetningen har en sidevegg som strekker seg mellom det første og annet endeparti, Sideveggen har indre og ytre sider. Sideveggen har minst én fold mellom det første og annet endeparti, som avgrenser flanker med aksial innbyrdes avstand og et aksialt gap derimellom. Et avstandsorgan er posisjonert i gapet for å begrense bevegelse av flankene mot hverandre som respons på en trykkdifferanse mellom de indre og ytre sider.

Avstandsorganet kan være en ring. Den har en aksial dimensjon som er mindre enn gapet når det ikke er noe differansetrykk mellom de indre og de ytre sider. Avstandsorganet har kontaktoverflater som har kontakt med flankene når flankene beveger seg mot hverandre. Et legemeparti strekker seg fra kontaktoverflatene i en retning bort fra gapet. Et sylindrisk skjørt kan være lokalisert på en ende av legemepartiet motsatt kontaktoverflatene.

Den første tetningsoverflate kan være en overflate på tvers av aksen, så som flat og perpendikulær på aksen. Den annen tetningsoverflate kan også være en tverrgående overflate på tvers av aksen. Alternativt kan den annen tetningsoverflate være en sylindrisk overflate konsentrisk med aksen. En trykkdifferanse som forårsaker bevegelse av flankene bort fra hverandre øker et kontakttrykk mellom det første endeparti og den første tetningsoverflate. Kontakttrykket øker også mellom det annet endeparti og den annen tetningsoverflate hvis den annen tetningsoverflate står på tvers av aksen.

I en utførelse har tetningen to folder, som avgrenser et innovervendende gap som er utsatt for fluid på den indre side av sideveggen og et utoven/endende gap som er utsatt for fluid på den ytre side av sideveggen. Et indre avstandsorgan er lokalisert i det innovervendende gap, og et ytre avstandsorgan er lokalisert i det utoven/endende gap.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fig. 1 er et snittriss som illustrerer en tetning i samsvar med offentliggjøringen og vist installert mellom to rørformede organer. Fig. 2 er et kvart-snittriss av en første alternativ utførelse av tetningen på fig. 1.

Fig. 3 er et snittriss av en annen alternativ utførelse av tetningen på fig. 1.

Fig. 4 er et snittriss av en tredje utførelse av tetningen på fig. 1.

Fig. 5 er et snittriss av en fjerde utførelse av tetningen på fig. 1.

Fig. 6 er et snittriss av en svivel som anvender tetningen på fig. 1.

Fig. 7 er et kvart-snittriss av en femte utførelse av tetningen på fig. 1.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OFFENTLIGGJØRINGEN

Med henvisning til fig. 1, et første rørformet organ 11 har et randparti 13 som er i fast anlegg med et randparti 15 av et annet rørformet organ 17. Randpartiene 13, 15 er parallelle flate overflater i denne utførelse, men de kan ha andre former. Hvert rørformet organ 11,15 har en boring 19, og boringene 19 er koaksiale om akse 21. På tegningen er akse 21 orientert vertikalt, men den kan ha andre orienteringer, så som horisontal. En føringshylse 23 har motsatte ender som er i inngrep med partier 25 med utvidet boring i boringer 19, for å tilveiebringe en passasje med ensartet diameter gjennom boringene 19. Føringshylsen 23 kan tette eller ikke tette til partiene 25 med utvidet boring. Føringshylsen 23 er et valgfritt eller element til bruk når en ensartet passasje og/eller en intern tettende hjelpehylse er påkrevet for operasjon.

Det første rørformede organ 11 har en ringformet utsparing 27 utover fra og som omgir hylsen 23. Den ringformede utsparing 27 omfatter en senkeboring ved skjæringen mellom boring 19 og randpartiet 13 av det første rørformede organ 11. Den ringformede utsparing 27 avgrenser en nedovervendende tetningsoverflate 29 som er konsentrisk med aksen 21.1 dette eksempel er tetningsoverflaten 29 en flat overflate lokalisert perpendikulært på aksen 21; men den kan ha andre former istedenfor en flat overflate. Selv radial eller sylindrisk tetting kan brukes. På lignende vis, det annet rørformede organ 17 har en ringformet utsparing 31 som omgir hylsen 23. Utsparingen 31 omfatter en senkeboring i boringen 19 av det annet rørformede organ 17. Utsparingen 31 avgrenser en tetningsoverflate 33 som vender mot tetningsoverflaten 29, og som i dette eksempel også er i et plan perpendikulært på aksen 21. Tetningsoverflaten 33 kan variere på samme måte som tetningsoverflaten 29. Det annet rørformede organ 17 har også et ringformet hulrom 35 som strekker seg fra dets randparti 15. Hulrommet 35 er en senkeboring ved forbindelsen mellom boringen 19 og randpartiet 15 av det annet rørformede organ 15, og har en større diameter enn utsparingen 31.

En tetning 37 er lokalisert inne i utsparingene 27, 31 og hulrommet 35. Tetningen 37 har en første ende 39 som er mottatt inne i det første organs utsparing 27. Den første ende 39 har en sylindrisk utside som er tett mottatt eller passer inn i den sylindriske ytre vegg av utsparingen 27; den sylindriske utside tetter imidlertid ikke mot den sylindriske vegg. Den ringformede utsparing 27 kan, hvis det er påkrevet, yte radial støtte til den første ende 39 av tetningen 37. Hvis utsparingen 27 ikke har noe strukturelt ansvar for å støtte tetningen 27, kan andre geometrier brukes. En aksial tetningsoverflate 41 er lokalisert på den første ende 39 og har en form som passer sammen med tetningsoverflaten 29, som i dette eksempel er flat. Tetningsoverflaten 41 kan være av metall for å danne en metall-mot-metall-tetning med tetningsoverflaten 29. Tetningen 37 har en annen ende 43 som i dette eksempel har den samme form som den første ende 39, men som kan bruke alternative geometrier. Den annen ende 43 har en sylindrisk utside som er tett mottatt eller passer inn i den sylindriske ytre vegg av utsparingen 31. Denne ringformede utsparing 31, som ligner utsparingen 27, kan funksjonere slik at den støtter tetningen 37, og dens geometri kan også være forskjellig fra den som er presentert. Den annen ende 43 har en tetningsoverflate 45 som vender motsatt tetningsoverflaten 41, og som kan være av metall for å danne en metall-mot-metall-tetning med tetningsoverflaten 33. Tetningene dannet av tetningsoverflatene 41,45, kan være statiske; alternativt kan den ene eller begge være dynamiske i det tilfelle de rørformede organer 11 og 17 er roterbare i forhold til hverandre.

Tetning 37 har en belg 47 som forbinder den første ende 39 til en annen ende 43. Belgen 47 omfatter en ringformet vegg med undulasjoner eller korrugeringer. Mer spesifikt, i denne utførelse har belgen 47 en ytre fold 49 som strekker seg radialt utover fra den første ende 39 inn i hulrommet 35. Den ytre fold 49 inkluderer en flanke 49a som strekker seg utover fra den første ende 39, og deretter dreier i et U-formet 90 graders hjørne for å avgrense en flanke 49b. I dette eksempel, er flankene 49a og 49b hovedsakelig flate, parallelle med hverandre, og i plan som står perpendikulært på aksen 21. Det ringformede rom eller kanal mellom flankene 49a, 49b utsettes for fluid på det indre av tetningen 37. Folden 49 refereres her til som "ytre" fordi det er praktisk, fordi det ytre parti av 90-graders-hjørnet av folden 49 er på utsiden av tetningen 37. Den ytre fold 49 har en utvendig diameter, målt i dens hjørne, som er større enn de utvendige diametre av de tettende områder i de første og andre ender 39,43.

En indre fold 51 forbinder den ytre fold 49 til den annen ende 43. Den indre fold 51 har en flanke 51a som forenes med og strekker seg radialt innover fra den annen ende 43. Flanke 51a dreier et 90-graders hjørne og forenes med en flanke 51 b som omfatter ett indre parti av flanke 49b. Flankene 51a, 51b er illustrert som flate, parallelle med hverandre og perpendikulære på akse 21. Det ringformede rom eller kanal mellom flankene 51a, 51b står i forbindelse med fluid på utsiden av tetningen 37. Det ytre parti av hjørnet av den indre fold 51 er på innsiden av tetningen 37. Den indre fold 51 har en innvendig diameter som er mindre enn den innvendige diameter av de tettende områder av de første og andre ender 39, 43.1 denne utførelse er halvparten av avstanden fra den innvendige diameter av den indre fold 51 til den utvendige diameter av den ytre fold 49 tilnærmet midtveis mellom den innvendige og utvendige diameter av den første og annen ende 39,43. For å balansere kontakttrykk-fordelingen på de tettende overflater 29, 33, kan ringformede utsparinger 53 være lokalisert på utsidene av den første ende 39 hvor flanke 49a begynner og på den annen ende 43 hvor flanke 51a begynner.

Foldene 49, 51 i eksemplene har U-former med flate, plane sider for flankene 49a, 49b og 51a, 51b. Det kan imidlertid brukes koniske flanker med en åpnet U- eller V-form. Selv krumme sider eller flanker kan anvendes med den samme filosofi.

Et avstandsstykke 55 er lokalisert mellom og i kontakt med motstående flanker 49a, 49b. En side av avståndsstykket 55 har kontakt med flanke 49a og den andre har kontakt med flanke 49b på det punkt hvor flanke 49b går over i flanke 51b. For dens installasjon kan avstandsstykket 57 være en spreng ring eller en ring delt i deler som etter installasjon i folden 49 kan integreres av en ytterligere ring. Avstandsstykket 55 kan ha et sylindrisk skjørt 57 på sin innvendige diameter, eller et ytre fremspring for å begrense den indre overflate av folden 49 eller annen geometri for å garantere posisjonen til avstandsstykket. Avstandsstykket 55 kan ha ringformede utsparinger 59 på de overflater som har kontakt med flankene 49a og 49b. En av utsparingene 59 er lokalisert ved sammen-føyningen mellom ringpartiet av avstandsstykket 55 og skjørtet 57. Den andre utsparingen 59 er på en motsatt side av ringpartiet. Utsparingene 55, 57 minker den radiale bredde av overflaten av avstandsstykket 55 som har kontakt med flankene 49a, 49b. Den radiale bredde av kontaktoverflaten av avstandsstykket 55 er mindre enn den radiale dimensjon av hver av flankene 49a, 49b. I eksempelet, er kontaktoverflaten mellom avstandsstykket 55 og flankene 49a, 49b lokalisert tilnærmet halvveis mellom den utvendige diameter av den ytre fold 49 og den indre fold 37; valget av denne lokalisering skal imidlertid ta hensyn til fordelingen av kontakttrykk på de tettende overflater 29, 33. Avstandsstykket 55 står i forbindelse med fluid på innsiden av tetningen 37 og tetter ikke mot flankene 49a, 49b. Fluid på innsiden av tetningen 37 er fritt til å gå inn i det ringformede rom mellom flankene 49a, 49b.

På lignende vis, et avstandsstykke 61 er lokalisert mellom flankene 51a, 51b. Avstandsstykket 61 kan være en sprengring eller delt ring med en ytterligere integrasjonsring. En side av avstandsstykket 61 har kontakt med flanke 51a og den andre har kontakt med flanke 51b på det punkt hvor flanke 51b går over i flanke 49b. Avstandsstykket 61 kan ha et sylindrisk skjørt 63 på sin innvendige diameter, eller et indre fremspring for å begrense den ytre overfalte av folden 51 eller annen geometri for å garantere posisjonen til avstandsstykket. Avstandsstykket 61 har en innvendige diameter som er lokalisert med tilnærmet lik avstand mellom innvendige og utvendige diametre av den annen ende 43; valget av denne lokalisering skal imidlertid ta hensyn til fordelingen av kontakttrykk på de tettende overflater. Avstandsstykket 61 kan ha lignende ringformede utsparinger som de ringformede utsparinger 59. Den radiale bredde av partiet av avstandsstykket 61 som har kontakt med flankene 51a, 51b, er mindre enn den radiale dimensjon av belgen 47 fra dens innvendige diameter til dens utvendige diameter. Kontaktpartiet av avstandsstykket 61 er lokalisert hovedsakelig ved inngangen til rommet mellom flankene 51a, 51b. Avstandsstykket 61 står i forbindelse med fluid på utsiden av tetningen 37, og tetter ikke mot flankene 51a, 51b.

Avstandsstykkene 55, 61 har aksiale tykkelser avgrenset for å garantere et nøyaktig gap mellom avstandsstykket og veggene eller flankene av foldene 49, 51 etter installasjon og før indre eller ytre fluidtrykk påføres. De aksiale tykkelser kan oppnås ved spesifisering av nøyaktige dimensjoner som skal oppnås ved fremstillingen av avstandsstykkene 55, 61. Alternativt kan avstandsstykkene 55, 61 lages av materialer som er like nok til å deformeres plastisk i tykkelse under installasjon, men før indre eller ytre fluidtrykk påføres. For eksempel, kan materialet i avstandsstykkene 55, 61 være et metall som har mindre hardhet enn hardheten av tetningen 37.

Før installering av tetningen 37 mellom de rørformede organer 11,17, vil den aksiale avstand fra tetningsoverflaten 41 til tetningsoverflaten 45 være større enn den endelige aksiale avstand mellom tetningsoverflatene 29, 33 ved sammensetting. Således, når tetningen 37 er installert og de rørformede organer 11,17 er festet sammen, vil en sammentrykkende belastning bli påført på tetningen 37 langs akse 21. Den sammentrykkende belastning er mindre enn flytegrensen til tetningen 37, nedbøyningen av tetningen 37 etter at den er installert er således elastisk, ikke permanent. Omfanget av denne sammentrykkende belastning skal være tilstrekkelig til å danne et initialt metall-mot-metall kontakttrykk mellom overflatene 29, 41 og mellom overflatene 33, 45. Den sammentrykkende last er imidlertid fortrinnsvis ikke høy nok til å montere tetting mot de maksimale trykk som forventes. Avhengig av applikasjonen, kan tetningen 37 deretter utsettes for indre fluidtrykk fra fluid i boringer 19 eller for ytre fluidtrykk på utsiden av de rørformede organer 11,17.1 noen applikasjoner, så som for undersjøisk utstyr, kan fluidtrykket være både på innsiden og utsiden av tetningen 37. Fluidtrykket kan være større på innsiden eller kan være større på utsiden. Uansett om fluidtrykket er på utsiden eller innsiden, hvis trykket er lavt nok, bør anleggskontakt-belastningen etablert av den aksiale nedbøyning av tetningen 37 hindre lekkasje.

Tetningen 37 blir trykkaktivert ved at den utsettes for høyere trykk enn de nevnte lave trykk. De høyere trykk øker de tettende ender til tetningen 37. For eksempel, når tilstrekkelig indre fluidtrykk som er høyere enn et ytre fluidtrykk påføres på de indre overflater av tetningen 37, vil den ytre fold 49 være tilbøyelig til å deformeres, og flankene 49a og 49b vil bevege seg bort fra hverandre, hvilket er tilbøyelig til å øke den aksiale lengde av tetningen 37. Fordi de rørformede organer 11,15 ikke beveger seg bort fra hverandre, vil denne effekt resultere i en økning av den aksiale belastning på de tettende overflater 41,45, hvilket forbedrer kontakttrykket ved de tettende overflater 41,45. Det indre fluidtrykk virker også på den indre fold 51, men effekten vil være den motsatte. Det indre fluidtrykk er tilbøyelig til å bringe flankene 51a, 51b nærmere hverandre, hvilket er tilbøyelig til å redusere den aksiale lengde av tetningen 37 og redusere kontakttrykket ved tetningsoverflatene 41,45. Uten avstandsstykkene 55, 61, vil den totale nettoeffekt av det indre fluidtrykk føre til en neglisjerbar økning eller til og med en reduksjon av kontakttrykket ved tetningsoverflatene 41, 45. Følgelig, uten avstandsstykkene 55, 61, vil belgen 47 ikke bringe en tilfredsstillende økning i kontakttrykk som respons på en økning i indre eller ytre fluidtrykk.

Imidlertid, med inkluderingen av avstandsstykker 55, 61, begrenses den negative effekt av det indre trykk på den indre fold 51. Et visst omfang av deformasjon vil forekomme i den indre fold 51 på grunn av at indre trykk forårsaker at flankene 51 a og 51b beveger seg mot hverandre. Den bevegelse vil imidlertid stanse så snart gapene mellom avstandsstykket 61 og flankene 51a, 51b er lukket. Som om omtalt ovenfor, avstandsstykket 51 hindrer ikke flankene 49a, 49b i å bevege seg fra hverandre på grunn av indre trykk, hvilket øker gapene mellom avstandsstykket 55 og flankene 49a, 49b. Denne bevegelse øker anleggskontakt-belastningen ved tetningsoverflatene 41, 45. Økningen på grunn av at gapene øker i den ytre fold 49 er større enn den lille negative effekt på grunn av alt gapene lukker i den innerste fold 51 mellom avstandsstykket 61 og flankene 51a, 51b. Den nettoeffekt av indre trykk vil således være å øke kontaktkreftene ved tetningsoverflatene 41, 45. Med en nøye bestemmelse av geometrien til belgen 47 og avstandsstykkene 55, 61, kan det oppnås en akseptabel positiv effekt for anleggskontakt- belastningene. Trykkaktiveringen forekommer uansett om det er en indre strøm i boringen 19 fra det første rørformede organ 11 mot det annet rørformede organ 17, eller omvendt. Tetningen 37 er således to-veis. Tetningen 37 er således to-veis.

Den samme forklaring gjelder fullt ut for virkningen av det ytre trykk på tetningen 37. Ytre trykk vil være tilbøyelig til på en fordelaktig måte å bevege flankene 51a, 51b bort fra hverandre. Det samme ytre trykk vil være tilbøyelig til å bevege flankene 49a, 49b mot hverandre, men denne bevegelse stanser så snart avstandsstykket 55 har kontakt med flankene 49a, 49b. Som et resultat av dette kan tetningen 37 ha anleggskontakt-trykket på sine tettende overflater 41, 45 økt ved virkningen av indre eller ytre trykk eller på grunn av det resulterende differansetrykk mellom dem.

Som omtalt ovenfor, tetningsflatene 29, 41 og 33, 45 kan variere i form på annen måte enn de viste flate overflater. I tillegg til flat kan tetningsoverflatene ha en trapes-formet geometri, så som pakninger av type API BX. Tetningsoverflatene kan omfatte radiale tettende overflater, doble radiale tettende overflater, så som U-formede tetninger, koniske tettende overflater, sfæriske tettende overflater, toroidale tettende overflater, eller andre former. Det er ikke påkrevet at de tettende overflater 29,41 har den samme form som det tettende overflater 33,45. Én av de tettende overflater 29, 41 kan som eksempel være statisk, og den andre tettende overflaten 33, 45 dynamisk; ved at én overflate 33,45 er roterbar i forhold til den andre overflaten 33, 45. Hvis de statiske tettende overflater krever en fastsettende belastning som er større enn det belgen 47 yter, kan ytterligere midler anvendes for å øke den fastsettende belastning for den statiske tetning uavhengig. En løsning vil være å bolte eller skru enden 39 eller 43 av det statiske tetningsparti mot dets tettende setestykke. Den dynamiske tetnings side 39 eller 43 kan ha flate tettende overflater, som beskrevet, eller mer forseggjorte geometrier. De tettende overflater i én eller begge ender 39 eller 43 kan likevel bruke elastomeriske eller plastomeriske tetningselementer.

På fig. 1, har tetningen 37 to folder 49, 51, en indre og en ytre. Konseptet er imidlertid anvendbart på ethvert mulig antall av folder. Et avstandsstykke er nyttig selv for en en-folds tetning. For eksempel, viser fig. 2 en tetning 67 som har en konfigurasjon lignende tetningen 37 (fig. 1), med unntak av at belgen 69 kun har en enkelt fold. I dette tilfelle er den enkeltstående fold utvendig, med det ytre parti av sitt hjørne på en utside av tetningen 69. Videre er den utvendige diameter av belgen 69 større enn de utvendige diametre av endene av tetningen 67. Et avstandsstykke 71 er lokalisert mellom flankene av belgen 69. Avstandsstykket 71 kan ha et skjørt 73 på sin innvendige diameter, som strekker seg i kontakt med de innvendige diametre av begge ender av tetningen 67. Den utvendige diameter av avstandsstykket 71 har tilnærmet lik avstand mellom innvendige og utvendige diametre av endene av tetningen 67. Som på fig. 1, avstandsstykket 71 tetter ikke mot belgen 69, hvilket tillater fluid å strømme inn i det indre av belgen 69 mellom dens flanker.

Hvis indre fluidtrykk som er større enn ytre fluidtrykk påføres på tetningen 67, vil fluidtrykket være tilbøyelig til å bevege flankene av belgen 69 bort fra hverandre. Denne tendensen til å forlenge tetningen 67 øker kontakttrykket for endene av tetningen 67 mot tettende overflater. Hvis det påføres ytre fluidtrykk som er større enn det indre trykk, vil effekten være å bevege flankene av belgen 69 mot hverandre, hvilket reduserer anleggskontakt-spenningen. Gapene mellom avstandsstykket 71 og flankene av belgen 69 vil imidlertid begrense den sammentrekkende bevegelse. I utførelsen på fig. 2, øker ytre trykk ikke anleggskontakt-belastningen, men den reduserer den ikke vesentlig heller. På fig. 1, fordi den har to belgfolder, øker ytre trykk anleggskontakt-belastningen så vel som indre trykk.

Antallet av folder og deres geometri kan være variabelt, og deres design skal være rettet mot den påkrevede lekkasjetetthet, og skal ta hensyn til den foreskrevne design og driftsbetingelser (trykk, temperaturer, miljø, påkrevede forflytninger, og så videre). Fig. 3 illustrerer en annen utførelse, hvor tetningen 45 har to ytre folder 77, 79 og en indre fold 81 lokalisert imellom. Avstandsstykke r 83 er posisjonert mellom flankene av de ytre folder 77, 79 på den indre side av tetningen 75. Avstandsstykkene 83 ligner konfigurasjonen av avstandsstykket 55 på fig. 1, som er L-formet i tverrsnitt. Et avstandsstykke 85 er lokalisert på utsiden av tetningen 75 mellom flankene av den indre fold 81. Avstandsstykket 85 har et skjørt 87 som strekker seg i motsatte retninger, på lignende vis som konfigurasjonen av avstandsstykket 73 på fig. 2, som er T-formet i tverrsnitt. Avstandsstykket 85 har en lengre bredde mellom sin innvendige diameter og skjørt 87, for å plassere sin innvendige diameter midtveis mellom de innvendige og utvendige diametre av endene av tetningen 75. Fig. 4 illustrerer en tetning 89 som har to ytre folder 91, 93 og to indre folder 95, 97. Et avstandsstykke 92 lignende det L-formede avstandsstykke 55 på fig. 1 er lokalisert mellom flankene av den ytre fold 91 på innsiden av tetningen 89. Et T-formet avstands-tykke 94 er lokalisert mellom flankene av den indre fold 95 på utsiden av tetningen 89. Et annet T-formet avstandsstykke 96 er lokalisert mellom flankene av den ytre fold 93 på innsiden av tetningen 89. Et annet L-formet avstandsstykke 98 er lokalisert mellom flankene av den indre fold 97 på utsiden av tetningen 89. De innvendige diametre av avstandsstykkene 94, 98 og de utvendige diametre av avstandsstykkene 92, 96 er lokalisert midtveis mellom de innvendige og utvendige diametre av endene av tetningen 89. Fig. 5 illustrerer en tetning 99 som har ytre folder 101, 103 og indre folder 105, 107.1 denne utførelse er de utvendige diametre av de ytre folder 101,103 de samme som de utvendige diametre av endene av tetning 99. På lignende vis, de innvendige diametre av de indre folder 105,107 er de samme som de innvendige diametre av endene av tetningen 99. Tetningen 99 ligner tetningen 89 på fig. 4, med unntak av at den radiale bredde av belgene på fig. 5 er den samme som breddene av endene. På fig. 4 er den radiale bredde av belgene større enn de radiale bredder av endene. To avstandsstykker 109 er lokalisert på utsiden av tetningen 99, og avstandsstykker 111 er lokalisert på innsiden av tetningen 99. Fig. 6 illustrerer en applikasjon av tetningen 37 på fig. 1 installert inne i en svivelforbindelse 113. Svivelen 113 kan ha et mangfold av anvendelser som involverer offshore boring og produksjon av olje og gass. For eksempel, kan den være ved oversiden av en stigerørskolonne for overføring av boreslam. Svivelen 113 kan være lokalisert under vann for å forbinde en forbindelsesledning til undervannsutstyr lokalisert på havbunnen. Hovedformålet med svivelen 113 er å unngå torsjon når en forbindelsesledning forbindes til en annen utstyrsdel eller tidligproduksjons-systemer. Svivelen 113 har et først rørformede organ 115 som er anbrakt på et annet rørformet organ 117, slik at det kan skje rotasjon mellom dem. Rotasjonen skjer vanligvis under installasjonen, og etter at de er installert, forekommer det ikke rotasjon mellom det rørformede organ 115 og det rørformede organ 117. Selv om det første rørformede organ 115 er illustrert over det annet rørformede organ 117, kan svivelen være orientert i et mangfold av retninger, inkludert horisontalt.

Hvert rørformede organ 115, 117 i eksempelet har en flens 118 på sin ende, med bolt hul I for å feste svivelen 113 mellom en utstyrsdel og en forbindelsesledning. Forbindelsen mellom de rørformede organer kan imidlertid gjennomføres med andre midler, så som å sveise eller skru forbindelsene. Det første rørformede organ 115 har en mottaker 119 som glir over et parti av det annet rørformede organ 117.1 denne utførelse inkluderer mottakeren 119 en intern lagerhylse 121 fastgjort med gjenger 123. Lagerhylsen 121 er roterbar i forhold til det annet rørformede organ 115. En holderring 125, som kan være i segmenter, så som tre deler, holder lagerhylsen 121 til det annet rørformede organ 117. En lagerring 127 er anbrakt på en skulder 131 på det annet rørformede organ 117. En skulder 129 i mottakeren 119 er i inngrep med en motsatt side av lagerringen 127. Lagerringen 127 kan ha hjelpetetninger 133 i inngrep med utvendig diameter-partier av det annet rørformede organ 117 og innvendig diameter-partier av mottakeren 119.

En boring 135 strekker seg gjennom de første og andre rørformede organer 115, 117. En hylse 137 forbinder boringen 135 i det første rørformede organ 115 med boringen 135 i det annet rørformede organ 117, hvilket tilveiebringer en ensartet passasje gjennom boringene 135. Hylsen 137 kan ha hjelpetetninger 139 mellom sine utvendig diameter-partier og innvendig diameter-partier av de første og andre rørformede organer 115,117.

Metall-mot-metall-tetningen 37 på fig. 1 er installert mellom mottakeren 119 og det annet rørformede organ 117. En første ende-tetningsoverflate 41 er i tettende inngrep med mottakeren 119. En annen ende-tetningsoverflate 45 er i tettende inngrep med det annet rørformede organ 117. Det ene av eller begge de tettende inngrep blir dynamiske når et av de rørforemde organer 115,117 roterer i forhold til hverandre. En port 143 kan vurderes for adgang til kammeret mellom det første rørformede organ 115 og utsiden av tetningen 37. En annen port 141 kan vurderes for å gi adgang til tilgang til kammeret mellom det første rørformede organ 115, innsiden av tetningen 37 og utsiden av hylsen 137. Testtrykk kan innføres i porter 141, 143 for å teste det tettende inngrep for tetningen 37 før svivelen 113 installeres.

Tetningen 37 bør fortrinnsvis ikke trykka kti ve res når svivelen 113 blir utsatt for dreiemoment som resulterer i rotasjon av et rørformet legeme 115, 117 i forhold til det andre. For å lette operasjonen, bør operatøren unngå et differansetrykk mellom innsiden og utsiden av tetningen 37 når svivelen 113 blir forbundet til utstyr, hvilket er normalt når den vil møte dreiemoment. Installasjonsoperasjonen for undervannsutstyr kan kreve at den indre boring 135 er overfylt (med boringen åpnet mot trykket i det ytre miljø) eller tom (med luft ved atmosfærisk trykk uten åpning til det ytre miljø). For å garantere at tetningen 37 vil være trykkbalansert under utstyrets installasjon, uansett om boringen er tom eller overfylt, kan tetningen isoleres ved hjelp av hjelpetetninger 139 på innsiden av tetningen

37 og hjelpetetninger 133 på utsiden av tetningen 37.

Avhengig av materialet i den indre hjelpetetning 139 sin bestandighet mot miljøbetingelsene i den operasjonelle boring, ved et tidspunkt under operasjonen, kan disse tetningene 139 tillate en lekkasje, og høytrykksfluidet påført i boringen 135 kan overføres forbi hjelpetetningene 139 og komme i kontakt med innsiden av tetningen 37. Dette høytrykket er typisk større enn ethvert trykk på utsiden av tetningen 37, og forårsaker at tetningen 37 aktiveres med høyere anleggskontaktkrefter ved tetningsoverflatene 41,45. Det høyere trykket i boringen 135 enn trykket på utsiden av svivelen 113 utøver en strekkraft som er tilbøyelig til å skyve de rørformede organer 115,117 bort fra hverandre. Holderringen 125 utsettes således for strekkrefter.

Avhengig av materialet i tetningen 133 sin bestandighet mot de ytre miljø-betingelser, kan disse tetninger 133 lekke. Hvis trykket i boringen 135 reduseres til et nivå som er langt under det hydrostatiske trykk i sjøen som virker på hjelpetetningene 133, kan dette ytre trykk overføres forbi hjelpetetningene 133 og virke på utsiden av tetningen 37. Denne trykkdifferansen forårsaker at tetningen 37 aktiveres med større aksialkrefter ved tetningsflatene 41 og 45.

Det vises til fig. 7, hvor et parti av en svivel 145 er vist. Svivelen 145 har et første eller øvre organ 147 omfattende en mottaker som passer over et parti av et annet eller

nedre organ 149. Som i de andre utførelser, uttrykkene "øvre" og "nedre" er rent vilkårlige. I praksis kan svivelen 145 snus opp/ned fra den viste posisjon, eller installeres horisontalt. En hylse 151 er fastgjort til den innvendige diameter av mottakerpartiet med gjenger 153. En ringformet utsparing 155 på utsiden av det nedre organ 149 reduserer rotasjonsfriksjon mellom hylsen 151 og det nedre organ 149. Et lager 157 er lokalisert mellom en nedovervendende skulder 158 av det øvre organ 147 og en oppovervendende skulder 160 av det nedre organ 149. Lageret 157 haren innvendig diameter-elastomerisk tetning 161 som tetter mot et sylindrisk parti av det nedre organ 149. Lageret 157 har en utvendig diameter-elastomerisk tetning 159 som tetter mot den innvendige diameter av mottakerpartiet av det øvre organ 147.

Metalltetningen 163 har et øvre endeparti 165 som er statisk i inngrep med en flat stoppoverflate 167 i det øvre organ 147. Metalltetningen 163 har en radial tetningsoverflate 169 som er forbelastet utover inn i tettende inngrep med en sylindrisk overflate 171 i det øvre organ 147. En ringformet utsparing 173 i oversiden av det øvre endeparti 165 avgrenser et ben for den radiale tetningsoverflate 169, hvilket muliggjør elastisk deformasjon, slik at den radiale tretningsoverflate 169 forbelastes mot den sylindriske overflate 171.

Metalltetningen 163 har et nedre endeparti 175 med en aksial tetningsoverflate 177 på sin nedre overflate. Den aksiale tetningsoverflate 177 er i tettende inngrep med en øvre overflate 179 av det nedre organ 149, og er i stand til å opprettholde kontakt mens det nedre organ 149 roteres i forhold til det øvre organ 147 under installasjon. Den øvre overflate 179 er i dette eksempel flat.

Tetningen 163 har en øvre fold 181 i sin sidevegg mellom endepartiene 165 og 175.1 dette eksempel rager den øvre fold 181 innover, og avgrenser et ytre gap 183 som leder til utsiden av tetningen 163. En nedre fold 185 rager utover, og avgrenser et indre gap 187 som leder etil det indre tetningen 163.

Et ytre avstandsstykke 189 er lokalisert i det ytre gap 183 mellom flankene av den øvre fold 181. Det ytre avstandsstykke 189 kan ha et sylindrisk skjørt 191 på sin ytre kant. Skjørtet 191 strekker seg oppover i inngrep med et sylindrisk ytre parti av det øvre endepartiet 165. Et indre avstandsstykke 193 er lokalisert i det indre gap 187 mellom flankene av den nedre fold 185. Det indre avstandsstykke 189 kan het sylindrisk skjørt 195 på sin indre kant. Skjørtet 195 strekker seg nedover i inngrep med et sylindrisk indre parti av det nedre endeparti 175. Det indre avstandsstykke 189 kan ha utsparinger 197 på sin ytre kant.

Et rør 199 strekker seg mellom boringene 200 av de øvre og nedre organer 147, 149. Røret 199 kan valgfritt ha en sylindrisk utsparing 201 på et parti som passer inn i det nedre organ 149, for å redusere rotasjonsfriksjon. Røret 199 har en tetning 103 med en nedovervendende overflate som tettende er i inngrep med en oppovervendende overflate på det nedre organ 149. En tetning 205 tetter mellom boringen 200 av det øvre organ 147 og et ytre sylindrisk parti av røret 199.

Under installasjon, når organene 147,149 roteres i forhold til hverandre, forblir den radiale tetning 169 fortrinnsvis i statisk inngrep med den sylindriske overflate 171. Den aksiale tetning 177 glir på den flate tetningsoverflate 179, ettersom det er mindre initialt kontaktkraft mellom den aksiale tetning 177 og tetningsoverflaten 179 enn mellom den radiale tetning 169 og den sylindriske overflate 171. Etter at forbindelsen av svivelen 145 er fullført, kan et indre fluidtrykk påføres i boringen 200 til et nivå som er større enn det hydrostatiske fluidtrykk hvis svivelen 145 er under vann. Hvis den ene eller andre av rørtetningene 203, 205 eventuelt begynner å lekke, vil differansen mellom fluidtrykk i boringen 200 i forhold til hydrostatisk sjøvannstrykk forårsake at det indre gap 187 øker aksialt og det ytre gap 183 minker. Det ytre avstandsstykke 189 vil stoppe reduksjonen i det ytre gap 183, hvilket resulterer i en netto økning i kontaktkraft mellom den aksiale tetning 177 og den aksiale tetningsoverflate 179. Kontaktkraften mellom det øvre endeparti 165 og stoppoverflaten 167 øker også, men denne grenseflaten er ikke ment å tette. Enhver lekkasje av fluidtrykk i boringen 200 forblir rørtetningene 203, 205 vil ytterligere aktivere den radiale tetning 169, hvilket øker dens kontaktkraft mot den sylindriske overflate 171.

I tilfellet den ene eller den andre av lagertetningene 159, 161 lekker, og hvis det hydrostatiske fluidtrykk er større enn fluidtrykket i boringen 200, vil denne trykkdifferansen øke det ytre gap 183. Dette trykket reduserer også det indre gap 187, omfanget av reduksjon begrenses imidlertid av det indre avstandsorgan 193. Den netto effekt av den eksterne lekkasje vil være å øke kontaktkraften for det aksiale tetningsorgan 177. Ekstern lekkasje ved et trykknivå større enn fluidtrykket i boringen 200 øker ikke kontaktkraften for den radiale tetningsoverflate 169. Den utoverrettede forbelastningskraft for den radiale tetningsoverflate 169 er imidlertid tilstrekkelig til å motstå lekkasje fra utsiden.

Det presenterte konsept kan brukes når det er påkrevet med en to-veis trykkaktivert tetning. I tillegg er det særlig nyttig for applikasjoner som involverer metall- mot-metall-tetning gir dynamiske eller delvis dynamiske applikasjoner. I tillegg til svi vei-forbindelser, er ventiler andre mulige applikasjoner. I sluseventiler eller kuleventiler, kan setene anvende tetninger ifølge dette konsept. Setet ville være ett organ, ventilhuset det andre, og den to-veis metalltetning ville være lokalisert mellom dem. Dette ville føre til full metall-mot-metall tetting både i inngrepet sete-mot-sluse (eller kule) og i inngrepet sete-mot-ventilhus. Samtidig ville det også tillate oppnåelse av en dobbel tettende effekt. Setene ville tette mot slusen (eller kulen) fra begge sider, og, som et resultat av dette, kan tetting av begge seter på slusen (eller kulen) anses som effektive barrierer.

Claims (15)

1. To-veis trykkaktivert tetning (37) for tetting mellom første og andre organer (11, 17), omfattende: en metalltetning (37) med en akse (21), et første endeparti (39) for tettende inngrep med et første organs tetningsoverflate (29), og et annet endeparti (43) for tettende inngrep med et annet organs tetningsoverflate (33); metalltetningen har en sidevegg (47) som strekker seg mellom det første og annet endeparti (39,43), sideveggen (47) har indre og ytre sider, sideveggen (47) har minst én fold (49) mellom det første og annet endeparti (39, 41), som avgrenser flanker (49a, 49b) med aksial innbyrdes avstand, og et aksialt gap derimellom; og minst et avstandsstykke (55), avstandsstykket (55) er posisjonert i gapet for å begrense bevegelse av flankene (49a, 49b) mot hverandre som respons på en trykkdifferanse mellom de indre og ytre sider.

2. Tetning som angitt i krav 1, hvor: avstandsstykket (55) omfatter en ring.

3. Tetning som angitt i krav 1, hvor: avstandsstykket (55) har en aksial dimensjon mindre enn gapet når det ikke er noe differansetrykk mellom de indre og ytre sider.

4. Tetning som angitt i krav 1, hvor avstandsstykket (55) omfatter: kontaktoverflater som har kontakt med flankene når flankene beveger seg mot hverandre; et legemeparti som strekker seg fra kontaktoverflatene i en retning bort fra gapet; og et sylindrisk skjørt (57) på en ende av legemepartiet satt motsatt kontaktoverflatene.

5. Tetning som angitt i krav 1, hvor: det første endeparti (39) har en tettende overflate (41) som står på tvers av aksen (21).

6. Rørformet forbindelse som angitt i krav 5, hvor: det annet endeparti (43) har en tettende overflate (45) som står på tvers av aksen (21).

7. Rørformet forbindelse som angitt i krav 5, hvor: det annet endeparti (165) har en tettende overflate 169 som er sylindrisk og konsentrisk med aksen.

8. Rørformet forbindelse som angitt i krav 5, hvor: en trykkdifferanse som forårsaker bevegelse av flankene (49a, 49b) bort fra hverandre er tilpasset til å øke et kontakttrykk mellom det første endeparti (39) og det første organs tetningsoverflate (29).

9. Rørformet forbindelse som angitt i krav 1, hvor: nevnte minst ene fold omfatter to av foldene (49, 51); gapet omfatter et innovervendende gap utsatt for fluid på innsiden av sideveggen (47) og et utoven/endende gap utsatt for fluid på utsiden av sideveggen (47); og det minst ene avstandsstykke omfatter et indre avstandsstykke (55) lokalisert i det innovervendende gap og et ytre avstandsstykke (61) lokalisert i det utovervendende gap.

10. Apparat som angitt i krav 1, hvor avstandsstykket omfatter: et legeme med kontaktoverflater som har kontakt med flankene når flankene beveger seg mot hverandre, kontaktoverflatene er lokalisert på en ytre kant av legemet; og et sylindrisk skjørt (57) på en indre kant av legemet i inngrep med en indre side av sideveggen.

11. Apparat som angitt i krav 1, hvor: det første endeparti (39) har en flat tetningsoverflate (41) perpendikulær på aksen (21).

12. Apparat som angitt i krav 11, hvor: det annet endepart (43) har en flat tetningsoverflate (45) perpendikulær på aksen (21).

13. Apparat som angitt i krav 11, hvor: det annet endeparti (165) har en sylindrisk tetningsoverflate (169) konsentrisk med aksen.

14. Fremgangsmåte for tetting mellom to organer (11,17), omfattende: (a) forsyning av en metalltetning (37) med første og andre endepartier (39, 43), en sidevegg (47) som strekker seg mellom de første og andre endepartier (39, 43), sideveggen (47) har indre og ytre sider, sideveggen (47) har minst én fold (49) mellom de første og andre endepartier (39, 43), som avgrenser flanker (49a, 49b) med aksial innbyrdes avstand og et aksialt gap derimellom; (b) tilveiebringelse av minst ett avstandsstykke (55) og plassering av avstandsstykket i gapet; (c) plassering av tetningen (37) og avstandsstykket (5) mellom organene (11, 17), med ett av endepartiene i kontakt med ett av organene og det andre av endepartiene i kontakt med det andre av organene; og (d) påføring av et differansefluidtrykk over sideveggen (47) på en slik måte at det forårsaker at flankene (49a, 49b) beveger seg mot hverandre inntil dette forhindres ytterligere av avstandsstykket (55).

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 14, hvor trinn (d) omfatter påføring av et større trykk på utsiden enn på innsiden.