DE102004041928A1

DE102004041928A1 - Schwimmende Dichtung für Unterwasserhydraulikkupplung

Info

Publication number: DE102004041928A1
Application number: DE102004041928A
Authority: DE
Inventors: Robert E. III Missouri Smith
Original assignee: National Coupling Co Inc
Current assignee: National Coupling Co Inc
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2024-08-31
Also published as: US20050230969A1; BRPI0403804A; GB0419524D0; NO20043836L; US7111874B2; NO339964B1; DE102004041928B4; US6923476B2; GB2406151A; US20050057040A1; GB2406151B

Abstract

Eine schwimmende Dichtung für ein Unterwasserhydraulikkupplungsglied ist radial beweglich, um gegen ein Steckkupplungsglied abzudichten, selbst wenn eine gewisse Fehlausrichtung bezüglich des Aufnahmekupplungsglieds besteht. Die schwimmende Dichtung wird an einer axialen Bewegung in der Aufnahmekupplungsgliedaufnahmekammer gehindert. Die schwimmende Dichtung kann gegen das Aufnahmekupplungsglied abdichten.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Hydraulikkupplungen und insbesondere Hydraulikkupplungen, die bei Unterwasserbohrungs- und -fördereinsätzen verwendet werden. Ganz besonders betrifft die Erfindung Dichtungen zwischen Steck- und Aufnahmekupplungsgliedern in Unterwasserhydraulikkupplungen.

2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik

Unterwasserhydraulikkupplungen sind schon seit langem bekannt. Die Kupplungen bestehen allgemein aus einem Steckglied und einem Aufnahmeglied mit Dichtungen zur Abdichtung der Verbindungsstelle zwischen dem Steck- und dem Aufnahmeglied. Das Aufnahmeglied weist allgemein einen zylindrischen Körper auf, der an einem Ende eine Bohrung mit einem relativ großen Durchmesser und am anderen eine Bohrung mit einem relativ kleinen Durchmesser enthält. Die kleine Bohrung erleichtert Verbindungen mit Hydraulikleitungen, während die große Bohrung die Dichtungen enthält und den Steckteil der Kupplung aufnimmt. Das Steckglied enthält einen Steckerkopfabschnitt, der in die große Bohrung des Aufnahmeglieds eingeführt werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Vorrichtung stoßen die Dichtungen entweder an das Ende oder die Stirnfläche des Steckglieds oder nehmen das Steckglied um seinen Außenumfang herum in Eingriff. Dann kann Hydraulikfluid frei durch den Aufnahme- und den Steckteil der Kupplung strömen, und Dichtungen verhindern, dass dieser Strom um die Verbindungsstellen der Kupplung herum entweicht.

Wahlweise kann ein Rückschlagventil in das Aufnahmeglied und auch in das Steckglied installiert werden. Jedes Rückschlagventil ist geöffnet, wenn die Kupplung hergestellt ist; jedoch schließt sich jedes Rückschlagventil, wenn die Kupplung getrennt ist, um zu verhindern, dass Fluid aus dem System, von dem die Kupplung einen Teil bildet, leckt.

Unterwasserhydraulikkupplungen können während ihrer Verwendung mehrmals verbunden und getrennt werden. Zum Beispiel können zwei oder mehr Unterwasserhydraulikkupplungsglieder an Verteilerplatten oder anderen Konstruktionen befestigt werden, die unter Verwendung eines Fernbetätigungsfahrzeugs zusammengebracht werden können. Es kann während des Zusammenfügens oder Verbindens des Steck- und Aufnahmeglieds zu einer gewissen radialen Fehlausrichtung kommen. In einigen Fällen können die Steckkupplungsglieder sicher an einer Unterwasser liegenden festen Stelle an einer Verteilerplatte befestigt werden, und dann können die Aufnahmekupplungsglieder auf die Steckkupplungsglieder angeordnet werden. Aufgrund einer Fehlausrichtung zwischen den Steckkupplungsgliedern und den Aufnahmekupplungsgliedern nehmen die Dichtungen, die in der Aufnahmekammer der Aufnahmekupplungsglieder gehalten werden können, möglicherweise nicht alle Dichtflächen der Steckkupplungsglieder vollständig in Eingriff. Eine starke Fehlausrichtung der Kupplungsglieder und/oder ein unvollständiger Eingriff der Dichtflächen kann zu einer Leckage von Meereswasser in die Kupplungen oder zu einem Verlust von Hydraulikfluid aus den Kupplungen führen oder dazu beitragen.

Die US-PS 4,709,726 mit dem Titel „Hydraulic Coupler With Floating Metal Seal" betrifft einen schwimmenden Haltering, der im Aufnahmekupplungskörper untergebracht ist. Der schwimmende Haltering ist aus Metall oder metallisch.

Es wird eine Unterwasserhydraulikkupplung mit einer schwimmenden Dichtung benötigt, die die Flächen der Kupplungsglieder vor Abrieb oder einer anderen Beschädigung aufgrund einer radialen Fehlausrichtung der Kupplungsglieder schützen. Es wird eine solche schwimmende Dichtung für eine Unterwasserhydraulikkupplung benötigt, die bei Betrieb mit dem Aufnahmeglied und dem Steckglied eine Dichtung bereitstellt, wenn die Möglichkeit einer Radialbewegung innerhalb der Kupplung besteht. Es wird zwischen dem Steck- und dem Aufnahmekupplungsglied eine zuverlässige schwimmende Dichtung benötigt, um den hohen Temperaturen und den hohen Drücken in der Unterwasserumgebung zu widerstehen.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Eine schwimmende Dichtung für eine Unterwasserhydraulikkupplung gestattet eine radiale Fehlausrichtung der Steck- und Aufnahmekupplungsglieder und schützt die Dichtflächen vor Abrieb oder anderen Beschädigungen während des Zusammenfügens oder Trennens. Die schwimmende Dichtung kann unter Verwendung eines Dichtungshalters oder einer an dem Aufnahmekupplungsglied befestigten Mutter in der Aufnahmekupplungaufnahmekammer festgehalten werden. Die schwimmende Dichtung weist eine oder mehrere Dichtungen, die sich radial nach innen erstrecken und so das Steckkupplungsglied in Eingriff nehmen, sowie eine oder mehrere Dichtungen, die die Aufnahmekammer in Eingriff nehmen, auf.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die folgenden Zeichnungen bilden einen Teil der vorliegenden Beschreibung und sind zur weiteren Darstellung gewisser Aspekte der vorliegenden Erfindung mit aufgenommen. Die Erfindung wird durch Bezugnahme auf eine oder mehrere dieser Zeichnungen in Verbindung mit der ausführlichen Beschreibung darin dargestellter besonderer Ausführungsformen besser verständlich.
1 ist eine Schnittansicht einer schwimmenden Dichtung in einem Aufnahmekupplungsglied einer Unterwasserhydraulikkupplung gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine Schnittansicht einer schwimmenden Dichtung in einem Aufnahmekupplungsglied einer Unterwasserhydraulikkupplung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
3 ist eine Schnittansicht einer schwimmenden Dichtung in einem Aufnahmekupplungsglied einer Unterwasserhydraulikkupplung gemäß einer dritten Ausführungsform.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Wie in 1 gezeigt, weist bei einer ersten Ausführungsform ein Aufnahmekupplungsglied 10 eine Aufnahmekammer 11 auf, die eine schwimmende Dichtung 20 enthält, in die ein (nicht gezeigtes) Steckkupplungsglied eingeführt und darin verbunden werden kann, um der Aufnahmekammer einen Hydraulikfluidstrom bereitzustellen. Ein Tellerventil 12 im Aufnahmekupplungsglied kann sich in einer normalerweise geschlossenen und abgedichteten Stellung befinden, bis es durch Kontakt mit einem Gegen-Tellerventil im Steckkupplungsglied in die geöffnete Stellung gedrückt wird. Die Aufnahmekammer des Aufnahmekupplungsglieds kann einen gleichförmigen Innendurchmesser oder mehrere Änderungen seines Innendurchmessers aufwei sen. Zum Beispiel kann die Aufnahmekammer einen ersten oder kleinsten Durchmesser 13, einen zweiten oder Zwischendurchmesser 14 und einen dritten oder größten Durchmesser 15 aufweisen. Zwischen jedem der Innendurchmesser befindet sich eine Schulter. Die Schulter 18 befindet sich zwischen dem ersten und dem zweiten Durchmesser. Der dritte Durchmesser kann ein Innengewinde aufweisen.
Die schwimmende Dichtung 20 kann in die Aufnahmekammer 11 des Aufnahmekupplungsglieds eingeführt werden. Die schwimmende Dichtung kann einen gleichförmigen Außendurchmesser oder einen abgestuften Außendurchmesser aufweisen, wobei jeder Teil der schwimmenden Dichtung in einer gegebenen axialen Position einen kleineren Außendurchmesser aufweist als der Innendurchmesser der Aufnahmekammer. Zum Beispiel kann, gemessen in einer axialen Position, der Durchmesser der schwimmenden Dichtung ca. 0,020 Zoll kleiner sein als die Aufnahmekammer. Wie in 1 gezeigt, kann die schwimmende Dichtung 20 einen ersten oder kleinsten Außendurchmesser 29 und einen zweiten oder größten Außendurchmesser 21 aufweisen. Die schwimmende Dichtung kann einen Bohrungsauskleidungsteil 28 enthalten, der das Aufnahmekupplungsglied vor Abrieb oder einer anderen Beschädigung durch fehlausgerichtete Metallflächen schützen kann, jedoch ist die Bohrungsauskleidungsverlängerung nicht erforderlich.
Vom Innendurchmesser der schwimmenden Dichtung ragen Flächen 22 und 23 nach innen, die dazu dimensioniert sind, die zylindrische Außenfläche des (nicht gezeigten) Steckkupplungsglieds in Eingriff zu nehmen und abzudichten. Die schwimmende Dichtung 20 kann aus einem elastomeren Material, wie zum Beispiel PEEK, oder aus anderen Materialien hergestellt sein, die elastisch und komprimierbar genug sind, eine fluiddichte Dichtung mit dem Steckkupplungsglied zu bilden. Vorzugsweise kann der Innendurchmesser der Flächen 22 und 23 etwas kleiner sein als der Außendurchmesser des Steckkupplungsglieds.
Die schwimmende Dichtung kann in die Aufnahmekammer eingeführt und durch eine Befestigungsmutter 30 festgezogen oder festgehalten werden. Die Befestigungsmutter beschränkt eine Axialbewegung der schwimmenden Dichtung 20, indem sie die Dichtung gegen die Schulter 18 hält. Wahlweise kann die schwimmende Dichtung zwischen der Befestigungsmutter und der Schulter 18 etwas komprimiert werden.
Des Weiteren kann die schwimmende Dichtung sich axial erstreckende Stege 24, 25 neben einem ersten Ende davon aufweisen. Ein O-Ring 40 oder eine ähnliche axial in Eingriff bringbare Dichtung kann in der Nut 16 zwischen den sich axial erstreckenden Stegen 24, 25 angeordnet sein. Die sich axial erstreckenden Stege 24 und 25 und der O-Ring 40 werden in eine in der Aufnahmekammer 11 geschaffene Tasche eingeführt, so dass die Stege 24 und 25 auf dem Grund der Tasche angeordnet sind und zwischen der schwimmenden Dichtung und der Aufnahmekammer Dichtungen bilden. Es kann eine gewisse axiale Komprimierung der sich axial erstreckenden Stege bestehen, wobei das Ausmaß der axialen Komprimierung durch Kontakt zwischen der Schulter der schwimmenden Dichtung und der Schulter 18 des Aufnahmekupplungsglieds begrenzt wird. Die sich axial erstreckenden Stege 26 und 27 können sich von der schwimmenden Dichtung neben einem zweiten Ende davon erstrecken. Der O-Ring 41 oder eine ähnliche axial in Eingriff bringbare Dichtung können in der Nut zwischen den sich axial erstreckenden Stegen 26 und 27 angeordnet sein, um eine Dichtung bereitzustellen, die den Grund einer Tasche in der Aufnahmekammer in Eingriff nimmt.
Die Befestigungsmutter kann mit dem Aufnahmekupplungsglied verschraubt werden, um die schwimmende Dichtung zu befestigen und deren axiale Bewegung zu begrenzen. Jedoch kann sich die schwimmende Dichtung ausreichend verschieben oder radial bewegen, um sich auf das Steckkupplungsglied auszurichten und dieses abzudichten, und zwar selbst dann, wenn eine gewisse Fehlausrichtung bezüglich des Aufnahmekupplungsglieds besteht. Bei Betrieb der Kupplung, wenn eine radiale Bewegung besteht, werden darüber hinaus die an der Schulter 18 geschaffenen Dichtungen im Grund der Taschen gegen die sich axial erstreckenden Stege, und mit den O-Ringen 40 und 41, beibehalten, um eine Leckage zu verhindern. Es sei darauf hingewiesen, dass 140 eine radiale Lücke zeigt, die selbst nach vollständiger Ineingriffnahme der schwimmenden Dichtung zwischen der schwimmenden Dichtung 20 und der Aufnahmekupplung verbleibt. Die schwimmende Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hält ihre Dichtungen selbst dann aufrecht, wenn sich die schwimmende Dichtung 20 radial in der Lücke 140 bewegt.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung (alle Teile sind die gleichen wie in 1, wenn nicht speziell angegeben), bei der die schwimmende Dichtung 120 eine Umfangsnut 150 neben einem ersten Ende davon und einen in der Nut angeordneten O-Ring 155 aufweist. Der O-Ring 155 kann das Aufnahmekupplungsglied an der Schulter 180 in Eingriff nehmen. Darüber hinaus gelangt die schwimmende Dichtung 120 unter Bildung von Dichtungen an der Schulter 180 in Eingriff, wenn der Halter 130 festgezogen wird. Die Umfangsnut 160 kann sich im zweiten Ende der schwimmenden Dichtung befinden, und der O-Ring 165 ist darin angeordnet, um die Befestigungsmutter 130 in Eingriff zu nehmen und abzudichten.
Wie aus 2 hervorgeht, bleibt zwischen der schwimmenden Dichtung und der Aufnahmekupplung eine radiale Lücke 140. Die oben beschriebenen Dichtungen werden selbst dann aufrechterhalten, wenn sich die schwimmende Dichtung radial in der Aufnahmekupplung bewegt.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, die den bezüglich der Ausführungsform nach 1 gezeigten Dichtungen zusätzliche Dichtungen hinzufügt (alle Teile sind die gleichen wie die bezüglich 1 beschriebenen, wenn nicht speziell anders angegeben). Bei dieser Ausführungsform weist die schwimmende Dichtung 220 O-Ringe 290 und 291 auf, die um den Außenumfang der schwimmenden Dichtung herum angeordnet sind, um die Aufnahmekammer 11 in Eingriff zu nehmen. Die Befestigungsmutter 230 sichert die schwimmende Dichtung gegen axiale Bewegung.
Eine axiale Bewegung der schwimmenden Dichtung wird eingeschränkt, und eine oder mehrere Dichtungen nehmen das Aufnahmekupplungsglied und den Halter in Eingriff. Des Weiteren erstrecken sich eine oder mehrere Dichtungen von der schwimmenden Dichtung radial nach innen, um das Steckkupplungsglied in Eingriff zu nehmen. Diese Dichtungen können selbst dann einen fluiddichten Eingriff bereitstellen, wenn es eine gewisse radiale Fehlausrichtung oder Bewegung des Steckkupplungsglieds bezüglich des Aufnahmekupplungsglieds gibt.
Obgleich möglicherweise nicht alle Variationen der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung jeweils alle Vorteile der Erfindung realisieren können, können bei verschiedenen Anwendungen der Vorrichtung gewisse Merkmale wichtiger werden als andere. Demgemäß sollte die Erfindung nur als durch den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche eingeschränkt erachtet werden.

Claims

Aufnahmeunterwasserydraulikkupplungsglied, das Folgendes umfasst: eine in eine Aufnahmekammer des Aufnahmekupplungsglieds eingeführte schwimmende Dichtung, deren Außendurchmesser kleiner ist als die Aufnahmekammer und die in der Aufnahmekammer radial beweglich ist, wobei die schwimmende Dichtung mindestens eine axial in Eingriff bringbare Dichtung, die neben einem ersten Ende davon angeordnet ist, und mindestens eine axial in Eingriff bringbare Dichtung, die neben einem zweiten Ende davon angeordnet ist, sowie mindestens eine sich von der schwimmenden Dichtung radial nach innen erstreckende Dichtfläche aufweist.
Aufnahmeunterwasserhydraulikkupplungsglied nach Anspruch 1, bei dem die axial in Eingriff bringbaren Dichtungen O-Ringe sind.
Aufnahmeunterwasserhydraulikkupplungsglied nach Anspruch 1, weiterhin mit sich vom ersten Ende davon erstreckenden axialen Stegen.
Aufnahmeunterwasserhydraulikkupplungsglied nach Anspruch 1, weiterhin mit sich vom zweiten Ende davon erstreckenden axialen Stegen.
Aufnahmeunterwasserhydraulikkupplungsglied nach Anspruch 1, weiterhin mit einer Befestigungsmutter, die mit dem Aufnahmekupplungsglied ver schraubt ist, um eine axiale Bewegung der schwimmenden Dichtung zu verhindern.
Aufnahmeunterwasserhydraulikkupplungsglied nach Anspruch 1, bei dem die schwimmende Dichtung einen abgestuften Außendurchmesser aufweist.
Schwimmende Dichtung für ein Unterwasserhydraulikkupplungsglied, die Folgendes umfasst: einen elastomeren Körper mit einem ersten, kleineren Außendurchmesser und einem zweiten, größeren Außendurchmesser, einem Innendurchmesser mit mindestens einer davon nach innen ragenden Dichtfläche, einem in einer Nut neben einem ersten Ende der schwimmenden Dichtung angeordneten ersten O-Ring und einem in einer Nut neben einem zweiten Ende der schwimmenden Dichtung davon angeordneten zweiten O-Ring.
Schwimmende Dichtung nach Anspruch 7, weiterhin mit einem Paar sich axial erstreckender Stege neben ihrem ersten Ende.
Schwimmende Dichtung nach Anspruch 7, weiterhin mit einem Paar sich axial erstreckender Stege neben ihrem zweiten Ende.
Schwimmende Dichtung nach Anspruch 7, weiterhin mit mindestens einem O-Ring, der sich um ihren Außendurchmesser herum erstreckt.
Schwimmende Dichtung nach Anspruch 7, weiterhin mit einer Befestigungsmutter, die zum Anstoßen an das zweite Ende der schwimmenden Dichtung dimensioniert ist.
Unterwasserhydraulikkupplungsglied, das Folgendes umfasst: ein Aufnahmekupplungsglied mit einer Innenbohrung und einer Aufnahmekammer mit einer Schulter zwischen der Aufnahmekammer; eine schwimmende Dichtung, die zum Einführen in die Aufnahmekammer dimensioniert und an der Schulter angeordnet ist, wobei die schwimmende Dichtung radial innerhalb der Kammer beweglich ist; und eine Befestigungsmutter, die mit dem Aufnahmekupplungsglied in Eingriff gebracht werden kann, wobei die Befestigungsmutter zum Halten der schwimmenden Dichtung zwischen der Befestigungsmutter und der Schulter und zum Beschränken ihrer axialen Bewegung konfiguriert ist.
Unterwasserhydraulikkupplungsglied nach Anspruch 12, bei dem die schwimmende Dichtung ein erstes Ende und einen in einer Nut neben ihrem ersten Ende angeordneten O-Ring aufweist.
Unterwasserhydraulikkupplungsglied nach Anspruch 12, bei dem die schwimmende Dichtung ein zweites Ende und einen in einer Nut neben ihrem zweiten Ende angeordneten O-Ring aufweist.
Unterwasserhydraulikkupplungsglied nach Anspruch 12, weiterhin mit einem sich von der schwimmenden Dichtung axial erstreckenden Steg.
Unterwasserhydraulikkupplungsglied nach Anspruch 12, bei dem die schwimmende Dichtung axial zwi schen der Befestigungsmutter und der Schulter komprimiert wird.
Unterwasserhydraulikkupplungsglied nach Anspruch 12, bei dem die schwimmende Dichtung mindestens eine Dichtfläche aufweist, die sich davon radial nach innen erstreckt.