Устройство вертлюга для передачи текучей среды

 

Устройство вертлюга для передачи текучей среды, содержащее внутренний и внешний взаимно вращающиеся элементы вертлюга, имеющие соответственные внутренние пути прохождения текучей среды, сообщающиеся друг с другом через одно или более соответственные кольцеобразные пространства на поверхности раздела между элементами вертлюга. Причем кольцеобразные пространства уплотнены друг от друга с помощью уплотняющих средств. Элементы вертлюга образованы в виде внешнего охватывающего элемента и внутреннего охватываемого элемента соответственно так, что охватываемый элемент можно вводить соосно во взаимодействующий с ним охватывающий элемент для достижения оперативного рабочего положения, или вынимать из охватывающего элемента при разъединении элементов вертлюга. Уплотняющие средства между кольцеобразными пространствами расположены так, чтобы их можно было приводить в действие для выполнения активной уплотняющей функции в оперативном рабочем положении, и отпускать в случае взаимного разъединения элементов вертлюга. Изобретение повышает надежность устройства. 11 з.п.ф-лы, 7 ил.

Настоящее изобретение касается устройства вертлюга, содержащего внутренний и внешний взаимно вращающиеся элементы вертлюга, отличающегося тем, что элементы вертлюга имеют соответственные внутренние пути прохождения текучей среды, сообщающиеся друг с другом через одно или более связанные кольцеобразные пространства на границе раздела между элементами, вертлюга, причем кольцеобразные пространства уплотнены друг от друга с помощью средств уплотнения.

В промышленности используют много различных вариантов осуществления конструкций вертлюгов упомянутого выше типа. В морской промышленности вертлюги используются, например, для того, чтобы дать возможность переносить углеводороды (нефть и газ), или другую технологическую текучую среду, протекающую через сочленяющиеся элементы, которые вращаются относительно друг друга или должны иметь возможность вращаться, например между морской вертикальной трубой, которая подсоединена к плавающему загрузочному бую, и системой трубопроводов на наливном судне, которое подсоединено к бую и должно иметь возможность поворачиваться вокруг буя под действием ветра, волн и течений воды.

В различных областях применений в настоящее время может представлять интерес использование вертлюгов, сконструированных таким образом, чтобы внутренние и внешние элементы вертлюга можно было простым способом отсоединять друг от друга, и в которых последний элемент вертлюга можно подсоединять к совместно действующему элементу вертлюга в другом устройстве вертлюга местного типа, для образования оперативного узла вертлюга. Здесь особую важность может представлять то, что элементы вертлюга можно разъединять или подсоединять друг к другу простым, быстрым и надежным способом, при одновременном получении эффективного и надежного уплотнения между элементами вертлюга.

Таким образом, главной задачей изобретения является обеспечить устройство вертлюга, обеспечивающее возможность подсоединять друг к другу или отсоединять друг от друга элементы вертлюга простым и быстрым способом, получая в то же самое время эффективное и надежное уплотнение между кольцеобразными пространствами элементов вертлюга при взаимном соединении.

Другой задачей изобретения является обеспечить устройство вертлюга, в котором взаимодействующие элементы вертлюга можно соединять простым и быстрым способом, несмотря на относительно большие допустимые отклонения или смещения центров между элементами вертлюга, и с минимальным риском повреждения элементов вертлюга.

Еще одной задачей изобретения является обеспечить устройство вертлюга, которое пригодно для функционирования с дистанционным управлением в случае взаимного соединения и разъединения элементов вертлюга.

Еще одной задачей изобретения является обеспечить устройство вертлюга, дающее возможность простого контроля средства уплотнения и его уплотняющей функции.

Для достижения технического результата обеспечено соответствующее изобретению устройство вертлюга предварительно установленного типа, отличающееся тем, что элементы вертлюга образованы как внешний охватывающий элемент и внутренний охватываемый элемент, соответственно, так что охватываемый элемент можно соосно вводить во взаимодействующий охватывающий элемент до оперативного рабочего положения, или изъятия из охватывающего элемента при разъединении элементов вертлюга, причем уплотняющие элементы между кольцеобразными пространствами расположены так, чтобы приводиться в действие для активной функции уплотнения в оперативном рабочем положении, и освобождаться при взаимном разъединении элементов вертлюга.

Предпочтительный вариант осуществления соответствующего изобретению устройства вертлюга отличается тем, что один из первых элементов вертлюга на каждой стороне каждого из кольцеобразных пространств обеспечен периферийной кольцевой канавкой, принимающей способный перемещаться в радиальном направлении кольцевой элемент, который обеспечен уплотняющим средством, предназначенным для статического уплотнения относительно другого элемента вертлюга и для динамического уплотнения между кольцевым элементом и боковыми стенками периферийной кольцевой канавки.

При помощи установленной конструкции кольцевого элемента достигается такое положение, что кольцевые элементы вертлюга центрируются между элементами вертлюга в пределах относительно больших допусков. Это достигается тем, что кольцевые элементы могут свободно плавать в радиальном направлении и, таким образом, могут поглощать возможные отклонения центров или смещения центров между элементами вертлюга.

Другой предпочтительный вариант осуществления изобретения отличается тем, что средства уплотнения смонтированы таким образом, чтобы приводиться в действие гидравлическим путем с помощью барьерной жидкости, имеющей более высокое давление, чем давление окружающей среды.

Посредством использования барьерной жидкости, имеющей более высокое давление, чем давление окружающей среды, получен управляемый путь утечки в направлении от барьерной жидкости к местной технологической текучей среде, то есть от чистой к "грязной" среде. Подходящей барьерной жидкостью может быть масло для гидравлических систем, которое в этом случае одновременно обладает смазывающим действием, а уплотняющие поверхности могут быть защищены благодаря обеспечению возможности тому, что просачивания очень маленьких количеств чистой барьерной жидкости могут вытекать в "технологическую жидкость". С помощью управления объемом и (или) давлением барьерной жидкости по времени можно, таким образом, непрерывно контролировать уплотнения вертлюга.

Далее изобретение описывается в связи с предпочтительными вариантами его осуществления со ссылкой на чертежи, на которых: фиг. 1 представляет вид в разрезе по оси соответствующего изобретению варианта осуществления устройства вертлюга, в котором элементы вертлюга показаны во взаимно соединенном состоянии; фиг. 2 представляет вид в разрезе, соответствующий виду фиг. 1, но с элементами вертлюга, находящимися во взаимно разъединенном состоянии; фиг. 3 представляет увеличенный сегмент показанного на фиг. 1 - 2 устройства вертлюга, и изображает вариант осуществления статического и динамического уплотняющих средств, используемых в устройстве вертлюга; фиг. 4 представляет вид в разрезе другого варианта осуществления средств статического и динамического уплотнений в устройстве вертлюга; фиг. 5 представляет схематический вид сбоку с частичным разрезом соответствующего изобретению устройства вертлюга, в котором устройство вертлюга является частью системы, предназначенной для добычи углеводородов в открытом море с помощью судна и затопленного буя, и подсоединено к средству установки в определенное положение и эксплуатации, предназначенному для взаимного соединения и разъединения, соответственно, элементов вертлюга; фиг. 6 представляет фрагментарный продольный вид в разрезе охватывающего элемента вертлюга, смонтированного в буе в соответствующей фиг. 5 системе; фиг. 7 представляет продольный вид в разрезе части охватываемого элемента в варианте осуществления, соответствующем фиг. 5.

Показанное на фиг. 1 и 2 устройство вертлюга в частности предназначено для использования на судне для добычи углеводородов в открытом море, где судно (не показанное) имеет погруженное открытое вниз принимающее пространство, предназначенное для приема погруженного буя, который закреплен якорем к дну моря, и подсоединен к ряду вертикальных труб, простирающихся между буем и, например, добывающей скважиной на дне моря. Здесь устройство вертлюга обеспечивает соединение между вертикальными трубами и системой трубопроводов на судне, причем соединение одновременно дает возможность поворачиваться судну вокруг буя под действием ветра, волн и течений воды, как упоминалось во введении. Несмотря на то, что изобретение будет описано ниже в связи с этой областью применения, следует понимать, что изобретение также можно использовать в различных других областях применения.

Показанный на фиг. 1 - 2 вертлюг состоит из внешнего элемента вертлюга, или охватывающего элемента 2, и внутреннего элемента вертлюга, или охватываемого элемента 3, который можно опускать в охватывающий элемент 2 или поднимать из него. Охватывающий элемент 2 в данном случае предназначен для постоянного крепления на центральном элементе затопленного буя (не показанного), в то время как охватываемый элемент 3 показан соответствующим образом смонтированным в направляющей втулке 4, которая поддерживается на местном судне и которая образует связь по текучей среде между устройством вертлюга и системой трубопроводов (не показанной) на судне.

Как показано выше, направляющая втулка 4 поддерживает корпус 5, который предназначен для приема верхней части охватываемого элемента 3, когда он находится в поднятом положении (фиг. 2). Корпус 5 поддерживает рабочее средство 6, предназначенное для подъема и опускания охватываемого элемента 3. Подходящим рабочим средством 6 является гидравлический привод, например, как показано, цилиндр/поршень. Должно быть ясно, что когда охватываемый элемент 3 должен вводиться в охватывающий элемент 2, охватываемый элемент должен располагаться соответственным образом центральном или соосном положении относительно охватывающего элемента. Такое средство центрирования или расположения на практике можно располагать множеством различных способов. Например, средство размещения может состоять из смонтированного вращающимся образом рычага, в котором показанная направляющая втулка или также сам охватываемый элемент прикреплен к одному концу рычага (фиг. 5).

Во взаимно соединенном положении элементы 2, 3 вертлюга обычным способом образуют общие кольцеобразные пространства, сообщающиеся со связанными путями прохождения текучей среды в элементах вертлюга. Количество кольцеобразных пространств и путей прохождения текучей среды зависит от необходимости в каждом местном случае. В иллюстрируемом примере расположены три кольцеобразных пространства 7, 8, 9 которые сообщаются с одним из трех путей прохождения текучей среды 10, 11, 12 в охватывающем элементе 2, и с одним из трех путей прохождения текучей среды 13, 14, 15 в охватываемом элементе 3. В иллюстрируемом случае кольцеобразные пространства образованы с помощью периферийных кольцевых каналов, образованных в охватывающем элементе 2. Однако, в качестве альтернативы их можно образовать в охватываемом элементе 3, или также в обоих элементах, например, для образования кольцеобразных пространств, имеющих по существу круглое поперечное сечение.

В иллюстрируемом варианте осуществления охватываемый элемент 3 на каждой стороне каждого из кольцеобразных пространств обеспечен периферийной кольцевой канавкой 16, принимающей способный перемещаться в радиальном направлении кольцевой элемент 17. В качестве альтернативы, кольцевые канавки и кольцевые элементы можно размещать на охватывающем элементе. Кольцевой элемент 17 снабжен средствами уплотнения 18, 19, которые расположены, соответственно, для статического уплотнения относительно охватывающего элемента и для динамического уплотнения между кольцевым элементом 17 и боковыми стенками периферийной кольцевой канавки 16. Эти уплотняющие средства могут активироваться для образования уплотнения между кольцеобразными пространствами во время работы, и могут отпускаться в случае взаимного разъединения элементов 2, 3 вертлюга. Средства уплотнения соответствующим образом расположены так, чтобы приводиться в действие гидравлическим способом посредством барьерной жидкости, имеющей более высокое давление, чем давление окружающей среды, то есть давление текучей среды, относительно которой должно осуществляться уплотнение. Барьерная жидкость подается по соответствующему подводящему каналу 20, расположенному в элементе вертлюга, который снабжен кольцевыми канавками 16, то есть в иллюстрируемом случае в охватываемом элементе 3. Как показано более ясно на фиг. 3, подводящий канал 20 для барьерной жидкости впадает в буферный объем, который ограничен площадью основания кольцевой канавки 16 и связанным кольцевым элементом 17, и который сообщается со средствами уплотнения 18, 19 кольцевого элемента. Таким образом, когда уплотняющие средства активируются, охватываемый элемент 3 помимо кольцевых элементов 17 способен вращаться относительно охватывающего элемента 2. Конструкция и способ работы средства уплотнения будут описаны более подробно со ссылкой на фиг. 3.

Как видно из фиг. 1 и 2, кольцевые элементы 17 имеют внешний диаметр больше, чем остальные части внутреннего элемента 3 вертлюга, где внешний диаметр кольцевого элемента по существу соответствует внутреннему диаметру внешнего элемента 2 вертлюга. С помощью такой конструкции кольцевых элементов достигают такого положения, что кольцевые элементы 17 центрируются в охватывающем элементе в пределах относительно больших допусков, например ±12 мм. Это возможно, поскольку кольцевые элементы могут свободно плавать в радиальном направлении, и, таким образом, могут поглощать возможные отклонения центров или смещения центров между охватывающим элементом и охватываемым элементом.

Как упоминалось выше, охватываемый элемент 3 в иллюстрируемом варианте осуществления скользящим образом смонтирован в направляющей втулке 4. Направляющая втулка прикреплена к канальному средству 21 в форме трех труб 22, 23, 24, которые не показанным далее способом подсоединены к системе труб на судне. Три трубы могут образовать часть вышеупомянутого средства способного вращаться рычага, предназначенного для регулирования и манипулирования охватываемым элементом. Охватываемый элемент содержит нижнюю вставленную часть 25 и верхнюю часть 26, причем верхняя часть располагается в направляющей канавке 4, тогда как вставленная часть вводится в охватывающий элемент 2, как видно из фиг. 1. В этом положении направляющая втулка 4 и верхняя часть 26 определяют три общие кольцеобразные пространства 27, 28, 29, каждое из которых сообщается с соответствующим одним из путей прохождения текучей среды 13, 14, 15 охватываемого элемента 3 и с трубами 22, 23, 24, причем направляющая втулка 4 имеет сквозные отверстия между кольцеобразными пространствами и связанными с ними трубами. Между кольцеобразными пространствами верхняя часть 26 обеспечена приводимым в действие гидравлическим путем средством статического уплотнения 30, которое соответствует средству уплотнения 18 и которое приводится в действие барьерной жидкостью через подводящий канал 20.

Вариант осуществления статического и динамического средств уплотнения более ясно показан на фиг. 3. На чертеже показан сегмент охватывающего элемента 3 и вставленной части 25 охватываемого элемента 3 при нахождении элементов во взаимосоединенном положении и показан в продольном разрезе по оси вертлюга, как на фиг. 1.

Статическое уплотняющее средство 18 состоит из пары V-образных уплотнений манжетного типа 35, помещенных в периферийной канавке 36 в кольцевом элементе 17, который можно также называть корпусом статического уплотнения. Кольцевой элемент состоит из пары стальных колец, которые собраны и прикреплены друг к другу, как показано на чертеже, так что уплотняющие элементы можно размещать в канавке 36 до того, как стальные кольца прикрепят друг к другу. V-образные уплотнения манжетного типа состоят из подходящего высокоэластичного материала и имеют направленные вдоль оси лапки, причем внешняя лапка под действием барьерной жидкости отжимается наружу с целью фрикционного сцепления с соседней уплотняющей поверхностью охватывающего элемента 2. Как упоминалось выше, барьерная жидкость подводится по подводящему каналу 20 и через буферный объем у основания кольцевой канавки 16, где кольцевой элемент 17 для этой цели обеспечен подходящими отверстиями.

Каждый из высокоэластичных уплотняющих элементов 35 снабжен заделанным опорным кольцом 41 (обозначенным пунктирными линиями) для предотвращения выдавливания материала уплотняющего элемента между взаимно примыкающими поверхностями, под действием давления барьерной жидкости.

Средство динамического уплотнения 19 также состоит из пары высокоэластичных V-образных уплотнителей манжетного типа 38, но эти уплотняющие элементы размещены в отдельных кольцевых канавках 39 в боковых стенках периферийной кольцевой канавки 16, так как они предназначены для образования уплотнения между кольцевым элементом 17 и прилегающим участком охватываемого элемента 3 в случае его вращения, в охватывающем элементе 2. V-образные уплотняющие элементы 38 имеют радиально направленные лапки 40, которые под действием барьерной жидкости поджимаются, образуя динамическое уплотнение относительно кольцевого элемента 17 и кольцевых канавок 39, соответственно.

Кроме того, уплотняющие элементы 38 обеспечены поддерживающими кольцами (не показанными), подобными кольцам, упоминавшимся для уплотняющих элементов 35, предназначенными для предотвращения выдавливания уплотняющего материала.

Когда охватываемый элемент и охватывающий элемент находятся на взаимосоединенном положении, кольцевые элементы 17, как упоминалось выше, центрируются внутри охватывающего элемента 2, поскольку они способны свободно перемещаться в радиальном направлении. Барьерная жидкость (например, гидросмесь или вода) находится под давлением, и давление барьерной жидкости принуждает статические уплотняющие элементы 35 расширяться относительно уплотняющей поверхности охватывающего элемента и блокирует кольцевые элементы или уплотнительные корпуса в их местоположении. Что касается динамического уплотнения, небольшой зазор между уплотняющими поверхностями кольцевого элемента 17 и кольцевой канавки 16 приводит к тому, что барьерная жидкость поступает к уплотняющему элементу 38. Разность давления между барьерной жидкостью и технологической текучей средой приводит уплотняющий элемент в плотное соприкосновение с уплотняющей поверхностью кольцевого элемента.

Таким образом, когда уплотняющие средства 18 и 19 приводятся в действие, статические уплотняющие элементы 35 блокируют кольцевые элементы 17 за счет силы трения относительно охватывающего элемента 2, тогда как прилегающие боковые стенки кольцевых элементов 17 и кольцевых канавок 16 образуют способные взаимно перемещаться скользящие поверхности, которые уплотняются с помощью динамических уплотняющих элементов 38. Для осуществления функции уплотнения статического уплотнителя решающее значение имеет то, что между уплотняющим элементом и уплотняющими поверхностями охватывающего элемента достигается жесткое и сильное фрикционное сцепление. Перемещение между уплотняющим элементом и охватывающим элементом вызывает утечку из-за больших перепадов давления на уплотнителе. Давление и коэффициент трения имеют решающее значение, и в качестве уплотняющего материала выбирают высокоэластичный материал, обеспечивающий наибольшее возможное трение. С другой стороны, для динамического уплотнения выбирают высокоэластичный материал, обеспечивающий низкое трение между уплотняющими поверхностями, для того, чтобы получить хорошее уплотнение со слабым трением.

Если охватываемый элемент и охватывающий элемент необходимо отсоединить друг от друга, давление барьерной жидкости уменьшается, так что кольцевые элементы 17 больше не блокируются на своих местах. Теперь охватываемый элемент можно извлечь из охватывающего элемента. Даже хотя уплотняющие элементы во время этой операции отпускаются, они все еще остаются в соприкосновении со своими уплотняющими поверхностями.

Как видно из фиг. 3, кольцеобразные пространства 7, 8, 9 устройства вертлюга в иллюстрируемом варианте осуществления ограничены кольцевым каналом 42 в охватывающем элементе 2, с помощью кольцевых элементов 17 охватываемого элемента 3, расположенных на боковой стороне кольцевого канала, и с помощью участка 43 поверхности охватываемого элемента между кольцевыми элементами. Вставленная часть 25 охватываемого элемента содержит цилиндрическое центральное тело 44 и ряд отдельных проводящих элементов 45 с путями прохождения текучей среды, расположенных между кольцевыми элементами 17, причем элементы 17 и 45 вводят последовательно на центральном теле вместе с распорными втулками 46, расположенными радиально внутри соответственных кольцевых элементов 17 и поддерживающими нужное расстояние между проводящими элементами 45 относительно ширины кольцевых элементов 17 в осевом направлении охватываемого элемента. По меньшей мере, самые дальние от центра проводящие элементы закреплены на центральном теле 44 с помощью соответствующих стопорных винтов 47 (показанных на фиг. 1 и 2).

Как видно из фиг. 1 и 2, внешний край внутренней поверхности охватывающего элемента 2 скошен, как показано позицией 48, для того, чтобы способствовать введению охватываемого элемента 3 в охватывающий элемент 2. С этой целью скошены также внешние боковые края кольцевых элементов 17 и примыкающие участки боковых кромок кольцевых каналов 42 охватывающего элемента, как показано позициями 49 и 50, соответственно, на фиг. 3.

На фиг. 4 показан альтернативный вариант кольцевого элемента и уплотняющего узла. На этом чертеже величины промежутков и зазоры между отдельными элементами для ясности увеличены. Соответствующим фиг. 3 способом здесь показан сегмент охватывающего элемента 55 и вставленной части охватываемого элемента 56 с элементами, находящимися во взаимосоединенном положении, и этот сегмент показан в продольном разрезе по оси устройства вертлюга. В этом варианте осуществления способный перемещаться в радиальном направлении кольцевой элемент 57 расположен в периферийной кольцевой канавке 58 в охватываемом элементе 56. В кольцевом элементе расположено статическое уплотняющее средство в форме V-образного элемента уплотнения манжетного типа 59, имеющее выступы, которые направлены к прилегающей уплотняющей поверхности охватывающего элемента 55. Барьерная жидкость подается по каналу 60 и буферный объем на основании кольцевой канавки 58. При нагнетании барьерной жидкости уплотняющие выступы отжимаются наружу в блокирующее фрикционным способом сцепление с прилегающей уплотняющей поверхностью охватывающего элемента.

Динамическое уплотняющее средство здесь состоит из пары уплотняющих элементов 61, которые уплотняющим образом расположены в соответствующих кольцевых канавках 62 на каждой стороне кольцевого элемента 57, в уплотняющем сцеплении с прилегающей уплотняющей поверхностью кольцевого элемента. Как показано, каждая кольцевая канавка 62 соединена с подводящим каналом 60 для барьерной жидкости. В нижнем участке кольцевой канавки помещена нажимная пружина 63, действующая на уплотняющий элемент в дополнение к давлению барьерной жидкости. Кроме того, на каждый уплотняющий элемент 61 действует и удерживает его кольцо с круглым поперечным сечением 64, расположенное в кольцевой канавке.

Как могут заметить специалисты в данной области техники, в уплотняющей поверхности между уплотняющими элементами 61 и прилегающей граничной или опорной поверхностью кольцевого элемента 57, установлено равновесие сил между силами "смыкания", представляемыми силой от пружины 63 и гидравлической силой, обусловленной давлением барьерной жидкости, и силами "размыкания", представляемыми гидравлической силой, обусловленной давлением технологической текучей среды и давлением барьерной жидкости. При подходящей конфигурации уплотняющего элемента 61 относительно выбора диаметра опорной поверхности уплотняющего элемента относительно кольцевого элемента 57, и при надлежащем выборе диаметра кольца с круглым поперечным сечением и давления пружины, можно воздействовать на несбалансированную силу, с которой уплотняющий элемент 61 прижимается к опорной поверхности, и посредством этого получить требуемое поверхностное давление на поверхности динамического уплотнения. Таким образом, можно получить оптимальную функцию динамического уплотнения.

Как будет понятно, способ работы и функциональные характеристики показанного на фиг. 4 варианта осуществления в других отношениях по существу такие же, как в случае описанного выше варианта осуществления, и поэтому в этом отношении ссылка делается на предыдущее описание.

На фиг. 5 - 7 показан вариант осуществления устройства вертлюга, в котором он образует часть системы, предназначенной для добычи углеводородов в открытом море с помощью судна, которое приспособлено для подсоединения к погруженному бую и отсоединения от него, причем буй содержит внешний плавучий элемент, предназначенный для введения и освобождаемого крепления в погруженном открытом вниз приемном пространстве на судне, и центральный элемент, который вращающимся образом смонтирован во внешнем элементе и который прикреплен якорем ко дну моря и подсоединен по меньшей мере к одной вертикальной трубе, простирающейся вверх до буя.

В показанном на фиг. 5 - 7 варианте осуществления изобретения вертлюг 71 содержит охватывающий элемент 72, который на фиг. 6 показан прикрепленным к центральному элементу 73 буя 70, а более конкретно, смонтирован в этом элементе, который разъединяющимся образом крепится в приемном пространстве местного судна (не показанного). Буй схематически показан содержащим в себе внешний плавучий элемент 74, в который вмонтирован центральный элемент 73 с помощью двух радиальных подшипников 75, 76 и упорного подшипника 77. Охватывающий элемент 72 содержит пару путей прохождения текучей среды 78, 79, которые подсоединены к соответствующим вертикальным трубам 80, 81, введенным в буй.

Охватываемый элемент 82 жестко прикреплен к одному концу средства рычага 83, а его пути прохождения текучей среды 84, 85 (см. фиг. 7) подсоединены к соответствующим трубам 86 (показана только одна труба) проходящим вдоль средства рычага 83 к внутренним путям прохождения текучей среды в соединительном элементе или соединительной пробке 87, которая жестко прикреплена к закрепленному вращающимся образом концу средства рычага. Охватываемый элемент отрывного разъема снабжен также муфтой, содержащей расположенный в центре штепсельный элемент 88, который предназначен для взаимного соединения с вертикальной трубой отрывного разъема 89, которая также подсоединена к бую 70. Отрывной разъем содержит необходимые электрические и гидравлические линии управления, которые подсоединены через электрические контактные ленты 90 и гидравлические муфты (не показанные) у нижнего конца штепсельного элемента 88.

Следует заметить, что муфту отрывного разъема, имеющую подходящий штепсельный элемент отрывного разъема, на практике обычно также устанавливают в связи с вариантом осуществления вертлюга, соответствующего фиг. 2 и 3. Штепсельный элемент в этом случае располагают на нижнем конце охватываемого элемента, для соединения у соответствующей точки сцепления в охватывающем элементе.

Следует также отметить, что показанный на фиг. 6 вариант осуществления изобретения сконструирован так, что вертикальные трубы вместе с охватывающим элементом 72 можно втягивать через центральный элемент буя и на судно. Это выгодно для целей технического обслуживания.

Система далее содержит средство, предназначенное для поднятия средства рычага 83 вместе с охватываемым элементом 82 и соединительным элементом 87 в виде блока и для поворота блока в поднятое положение, так что охватываемый элемент можно поворачивать между местоположением хранения сбоку от приемного пространства судна и рабочим положением в центре над буем. В опущенном рабочем положении, в котором охватываемый элемент 82 подсоединен к охватывающему элементу 72, соединительный элемент 87 расположен в соединительном устройстве в форме соединительной втулки 91, предназначенном для подсоединения внутренних путей прохождения текучей среды в соединительном элементе к системе труб 92 судна для технологических текучих сред.

В устройстве вертлюга 73 охватывающий элемент 72 обычным способом снабжен периферийными каналами 93, 94 (фиг. 6), предназначенными для образования кольцеобразных пространств для сообщения с путями прохождения текучей среды 84, 85 охватываемого элемента (фиг. 7). Соединительная втулка 91 соответствующим образом снабжена кольцеобразными пространствами (не показанными), образующими связь между путями прохождения текучей среды соединительного элемента 87 и системой труб 92 судна. Как показано на фиг. 7, пути прохождения текучей среды 84, 85 охватываемого элемента 82 ограничиваются внутри элементов 95, 96 концентрической трубы, причем эти пути прохождения текучей среды сообщаются со связанными кольцеобразными пространствами 93, 94 охватывающего элемента через отверстия в стенках труб.

Как будет ясно из рассмотрения фиг. 7, длину и диаметр охватываемого элемента можно существенно уменьшать, если переносу подлежит только одна среда.

Для поднятия, опускания и поворота средства рычага 83 вместе с охватываемым элементом 82 и соединительным элементом 84, средство рычага на закрепленном вращающимся образом конце обеспечено элементом вертикального вала 97, который вращающимся и скользящим в осевом направлении образом прикреплен к средству подшипников 98. Средство подшипников 98 расположено на раме 99, которая надлежащим образом удерживается на судне. Для поднятия и опускания средства рычага и поддерживаемых их элементов элемент вала 97 связан с манипулятором 100, проводимым в действие гидравлическим путем, который может иметь заранее установленный ход вверх и вниз. Для осуществления горизонтального вращательного или поворотного движения средства рычага, можно надлежащим образом расположить отдельный привод (не показанный), например, гидравлическое средство цилиндра с поршнем.

В иллюстрируемом варианте осуществления элемент вала 97 и, к тому же, ось вращения 101 средства рычага 83 соосны с соединительным элементом 87 и вместе с тем - с продольной осью соединительной втулки 91. Это коаксиальное расположение может быть выгодно, когда причины, связанные с геометрической формой и(или) размерами предписывают располагать вращающийся вал на противоположном конце средства рычага относительно охватываемого элемента 82. Однако, возможно также, чтобы ось вращения рычага помещалась в подходящем месте между охватываемым элементом и соединительным элементом, поскольку это может дать благоприятное уравновешивание средства рычага и поддерживаемых им элементов, и вместе с тем снизить моменты нагрузки и силы нагрузок, например, на средство подшипников 98.

Вертлюг 71 в соответствующей фиг. 5 - 7 системе сконструирован аналогично ранее описанному варианту осуществления, как в части перемещаемых в радиальном направлении кольцевых элементов в отношении поглощения относительно больших допусков и отклонений от центра, а также в части статического и динамического уплотняющих средств, которые приводятся в действие с помощью барьерной жидкости, имеющей более высокое давление, чем давление окружающей среды. Следовательно, здесь осуществляется ссылка на предшествующее описание относительно общей конструкции и функционирования этих средств полученных преимуществ.

Кроме того, в данном варианте осуществления изобретения объединенный кольцевой элемент и уплотняющие узлы расположены в охватываемом элементе, предназначенные для размещения на каждой стороне кольцеобразных пространств 93 и 94 охватывающего элемента 72, когда охватываемый элемент вводят в охватывающий элемент. На фиг. 7 эти узлы показаны только схематически в виде блоков 102. Барьерная жидкость к этим узлам поступает по непоказанному подводящему каналу, сообщающемуся с показанной на фиг. 5 линией 103, предназначенной для барьерной жидкости. (Эта линия показана частично совпадающей с линией 104 отрывного разъема, подсоединенной к верхней части охватываемого элемента 82). Барьерная жидкость подается также по непоказанной подводящей линии к средству статического уплотнения, находящемуся на соединительном элементе 87, способом, в принципе соответствующим способу подачи в верхнюю часть 26 охватываемого элемента в варианте осуществления изобретения, соответствующем фиг. 2 и 3.

Формула изобретения

1. Устройство вертлюга для передачи текучей среды, содержащее внутренний и внешний взаимно вращающиеся элементы (3,56,82 и 2,55,72), которые имеют соответственные внутренние пути прохождения текучей среды (10-15, 78,79,84,85), сообщающиеся друг с другом через одно или более связанные кольцеобразные пространства (7-9, 93,94) на поверхности раздела между внутренним и внешним элементами (3,56,82 и 2,55,72), причем кольцеобразные пространства уплотнены друг от друга с помощью уплотняющих средств (18, 19, 59, 61), отличающееся тем, что внутренний и внешний элементы (3,56,82 и 2,55,72) образованы в виде охватываемого элемента (3,56,82) и охватывающего элемента (2,55,72) соответственно для обеспечения соосного введения охватываемого элемента в соответствующий охватывающий элемент до достижения оперативного рабочего положения или выхода из охватывающего элемента при разъединении элементов вертлюга, причем уплотняющие средства (18,19,59,61) между кольцеобразными пространствами (7-9, 93,94) выполнены с возможностью приведения в действие для выполнения активной уплотняющей функции в оперативном рабочем положении и отпускания при взаимном разъединении элементов (3,56,82 и 2,55,72).

2. Устройство вертлюга по п.1, отличающееся тем, что внутренний охватываемый элемент (3,56,82) на каждой стороне каждого из кольцеобразных пространств (7-9) снабжен периферийной канавкой (16,58) для принятия перемещаемого в радиальном направлении кольцевого элемента (17,57) со связанным средством уплотнения (18,19, 59,61), а уплотняющие средства выполнены с возможностью обеспечения статического уплотнения относительно внешнего охватывающего элемента (2,55,72) и динамического уплотнения между кольцевым элементом (17,57) и боковыми стенками периферийной кольцевой канавки (16,58), причем уплотняющие средства (18,19,59,61) выполнены с возможностью приведения в действие гидравлическим путем с помощью барьерной жидкости, имеющей более высокое давление, чем давление окружающей среды, а в периферийной кольцевой канавке (16,58) во внутреннем охватываемом элементе (3,56,82) выполнен подводящий канал (20,60) для барьерной жидкости.

3. Устройство вертлюга по п.2, отличающееся тем, что кольцевой элемент (17,57) имеет больший внешний диаметр, чем остальная часть внутреннего охватываемого элемента (3,56), причем внешний диаметр кольцевого элемента (17,57) по существу соответствует внутреннему диаметру внешнего охватывающего элемента (2,55).

4. Устройство вертлюга по п.3, отличающееся тем, что каждое кольцевое пространство (7-9) ограничено кольцевым каналом (42) во внешнем охватывающем элементе (2), расположенными в боковом направлении кольцевыми элементами (17,57) во внутреннем охватываемом элементе (3) и участком поверхности (43) внутреннего охватываемого элемента (3) между кольцевыми элементами (17).

5. Устройство вертлюга по п. 3 или 4, отличающееся тем, что внутренний охватываемый элемент (3) имеет цилиндрическое центральное тело (44) и ряд отдельных элементов (45), образующих пути прохождения текучей среды, расположенных между кольцевыми элементами (17), причем элементы (17 и 45) последовательно введены на центральном теле (44) вместе с распорными втулками (46), расположенными радиально внутри соответственных кольцевых элементов (17), и обеспечивающих необходимое расстояние между элементами (45) относительно ширины кольцевых элементов (17).

6. Устройство вертлюга по п. 4 или 5, отличающееся тем, что внешние боковые края (49) кольцевых элементов (17) и прилегающие боковые краевые участки (50) кольцевых каналов (42) внешнего охватывающего элемента (2) и внешний край (48) внутренней поверхности внешнего охватывающего элемента (2) скошены для обеспечения введения внутреннего охватываемого элемента (3) во внешний охватывающий элемент (2).

7. Устройство вертлюга по любому из пп. 2-6, отличающееся тем, что статическое уплотняющее средство (18) выполнено в виде U-образного уплотнения манжетного типа (35), имеющего лапки (37), которые направлены аксиально вдоль вертлюга, причем внешняя лапка под действием барьерной жидкости прижимается для фрикционного блокировочного сцепления с внешним охватывающим элементом (2).

8. Устройство вертлюга по любому из пп. 2-7, отличающееся тем, что динамическое уплотняющее средство (19) выполнено из пары высокоэластичных U-образных уплотнений манжетного типа (38), которые расположены в соответственных кольцевых канавках (39) во внутреннем охватываемом элементе (3) на каждой стороне кольцевого элемента (17), и которые имеют идущие в радиальном направлении лапки (40), которые под действием барьерной жидкости прижимаются для образования динамического уплотнения относительно кольцевого элемента (17) и кольцевой канавки (39) соответственно.

9. Устройство вертлюга по любому из пп. 2-7, отличающееся тем, что динамическое уплотнение выполнено из пары уплотняющих элементов (61), которые расположены с возможностью уплотнения в соответственных кольцевых канавках (62) во внутреннем охватываемом элементе (56) на каждой стороне кольцевого элемента (57), причем нижний участок кольцевой канавки (62) подсоединен к подводящему каналу (60) для барьерной жидкости, и дополнительно содержит механическую пружину (63), действующую на уплотняющий элемент (61) в дополнение к давлению барьерной жидкости.

10. Устройство вертлюга по п.9, отличающееся тем, что уплотняющий элемент (61) выполнен с обеспечением возможности нахождения под воздействием и фиксирования посредством кольца с круглым поперечным сечением (64), расположенным в кольцевой канавке (62), и силы от пружины (63), причем диаметр кольца с круглым поперечным сечением (64) и диаметр опорной поверхности уплотняющего элемента (61) относительно кольцевого элемента (57) взаимно приспособлены для получения требуемой величины неуравновешенной силы, с которой уплотняющий элемент (61) прижимается к опорной поверхности.

11. Устройство по любому из пп.1-10, отличающееся тем, что внутренний охватываемый элемент (82) расположен на одном конце средства рычага (83), которое смонтировано с возможностью вращения на некотором расстоянии от этого конца для поворачивания внутреннего охватываемого элемента (82) между положением хранения и рабочим положением вместе с указанным элементом (82), с центром выше внешнего охватывающего элемента (72), при этом устройство снабжено рабочим средством (100) для взаимного соединения внутреннего охватываемого и внешнего охватывающего элементов (82,72).

12. Устройство по любому из пп.1-11, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью подсоединения вместе с затопленным буем (70) к ряду вертикальных труб (80, 81,89), при этом затопленный буй (70) установлен для введения и закрепления в принимающем пространстве на судне, причем внешний охватывающий элемент (72) постоянно прикреплен к бую (70), а внутренний охватываемый элемент (82) подходящим образом удерживается на судне, при этом внутренний охватываемый элемент (82) снабжен расположенным в центре разъемным штепселем (88), который обеспечивает взаимное соединение с соответствующим разъемным соединителем во внешнем охватывающем элементе (72).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7