СИСТЕМА ИЗОЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ГИБКИХ ТРУБНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
SYSTEM FOR PRESSURE ISOLATION IN FLEXIBLE PIPE JOINTS

Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к гибкому трубному соединению, имеющему удлинительную трубу, выдающуюся из корпуса, и как минимум, один затрубный эластомерный компенсатор наклона для монтажа удлинительной трубы к корпусу для обеспечения углового смещения удлинительной трубы по отношению к корпусу.
Уровень техники
[0002] Гибкие соединения, имеющие затрубный эластомерный компенсатор наклона, монтирующий удлинитель к корпусу, используются для снижения вызванных движением нагрузок между плавучими морскими объектами и разделительными колоннами, и натяжными элементами опоры платформы, зависящих от плавучих морских объектов. Как правило, компенсатор наклона состоит из сменяющихся прокладок, изготовленных из металла или иного жесткого материала, и слоев из эластомерного материала. Компенсатор наклона такого рода способен обеспечивать свободное угловое смещение на ±15° или более при поддержке осевого растяжения пропорционально размеру компенсатора наклона. Как правило, размер компенсатора наклона избирается с целью выполнения желаемой нагрузки на райзер или натяжной элемент опоры платформы, а компенсаторы наклона изготовлены и составлены различных размеров для управления райзерами или натяжными элементами опоры платформы различных стандартных размеров.
[0003] Райзеры используются для перекачивания промышленных флюидов со дна моря на палубу плавучего морского основания и для перекачивания промышленных флюидов из основания на одну или более экспортных линий. Нагрузки, оказываемые райзером на компенсатор наклона, как правило, состоят из растяжения райзера, углового смещения и вращения райзера, внутреннего давления в промышленном флюиде и температуры, повышенной от промышленного флюида. Таким образом, внутреннее давление в промышленном флюиде и повышенная температура от промышленного флюида может затруднить выбор компенсатора наклона для райзера, по сравнению с выбором компенсатора наклона для натяжного элемента опоры платформы.
[0004] Для различных способов применения гибкие трубные соединения содержат более одного компенсатора наклона в общем корпусе. Например, двустороннее гибкое трубное соединение для райзера имеет первый компенсатор наклона в корпусе для монтажа первой удлинительной трубы к корпусу, а второй компенсатор наклона в корпусе - для монтажа второй удлинительной трубы к корпусу. Две удлинительные трубы разнесены в противоположных направлениях от общего корпуса. При такой форме двустороннее гибкое трубное соединение может дважды предоставлять угловое смещение, в отличие от одностороннего гибкого трубного соединения, обладающего одинарным компенсатором наклона. Угловое смещение распределено между двумя компенсаторами наклона в двустороннем гибком трубном соединении, но каждый из двух компенсаторов наклона несет то же полное растяжение райзера. Примеры такого двустороннего гибкого трубного соединения были найдены в патенте США 3,680,895, выданном 1 августа 1972 года Герберту (Herbert et al. U.S. Patent 3.680.895); и патенте США 4,068,846, выданном 17 января 1978 (Herbert et al. U.S. patent 4.068.864 (см. фиг.4); и патенте США 5,133,578, выданном 28 июля 1992 года (Whightsil, Sr. Et al. U.S. Patent5.133.578).
[0005] Гибкое трубное соединение включает более одного компенсатора наклона в общем корпусе, таким образом, два компенсатора наклона подчинены одному и тому же угловому смещению, в то время как только один из двух компенсаторов наклона несет растягивающее усилие на гибком трубном соединении. Устройство такого рода может сократить давление промышленного флюида на каждый компенсатор наклона и обеспечить первичное и запасное устройство герметизации для содержащегося находящегося под давлением промышленного флюида внутри трубного соединения. В любом случае компенсаторы наклона в рамках данных решений подлежат предварительному сжатию для надлежащего функционирования; факт, снижающий срок эксплуатации компенсатора наклона. Таким образом, данные промышленные образцы позволяют эффективно использовать два компенсатора наклона, оба из которых имеют целью нести осевую нагрузку на трубу и изолировать давление. Примеры таких гибких трубных соединений были найдены в патенте США 4,183,556, выданном 15 января 1980 года (Schwemmer U.S. Patent 4.183.556); патенте США 4,068,868, выданном 17 января 1978 года (Ohrt U.S. Patent 4.068.868); патенте США 4,784,410, выданном 15 ноября 1988 года (Peppel et al. U.S. Patent 4.784.410); и патенте США 4,984,827, выданном 15 января 1991 года (Peppel et al. U.S. Patent 4.984.827).
[0006] Трубное соединение, имеющее два компенсатора наклона в общем корпусе и различные уровни осевого предварительного сжатия на двух компенсаторах наклона, раскрыто в патенте США 4,416,473, выданном 23 ноября 1983 года (Lamy et al. U.S. Patent 4.416.473). Два компенсатора наклона установлены на противоположных сторонах общего центра вращения. Трубное соединение имеет фланец и муфту, образующие сферический подшипник, позволяющий производить угловое смещение, но предотвращающий относительное движение при условиях осевого сжатия (Lamy, колонка 5, строки 2-8). Один компенсатор наклона, обладающий большим диаметром, компенсирует осевое растягивающее усилие. Другой компенсатор наклона, имеющий меньший диаметр, сконструирован исключительно для обеспечения герметизации флюида внутри трубы. (Lamy, колонка 5, строки 16-34). Желаемое осевое предварительное напряжение применяется по отношению к компенсатору наклона, имеющему меньший диаметр, путем затягивания болтов с целью закрыть просвет цилиндрического отверстия (Lamy, колонка 6, строки 30-46).
Раскрытие сущности изобретения
[0007] Для регулирования высокого давления флюида внутри гибкого трубного соединения предусмотрен, с целью включить в гибкое трубное соединение, как минимум, один первичный эластомерный компенсатор наклона для регулирования осевой нагрузки на трубное соединение, и как минимум, один вторичный эластомерный компенсатор наклона, специально предназначенный для сдерживания давления флюида внутри гибкого трубного соединения и сокращения или исключения давления флюида на первичный компенсатор наклона. При сокращении или исключении давления флюида на первичный компенсатор наклона размер первичного компенсатора наклона может быть уменьшен, а срок его службы может быть увеличен. Тем не менее уменьшение размера первичного компенсатора наклона не должно требовать значительного увеличения габаритного размера гибкого соединения с целью подогнать второй эластомерный компенсатор наклона. Следовательно, предусмотрено обеспечение более компактного вторичного компенсатора наклона, наиболее подходящего для конкретных конфигураций гибкого трубного соединения.
[0008] Существует множество конфигураций гибкого трубного соединения, которые имеют ограниченную степень осевого смещения для их использования по назначению. Ограниченная степень осевого смещения может соответствовать особой конфигурации гибкого трубного соединения или служить конкретному применению гибкого трубного соединения. Зачастую ограниченная степень осевого смещения является совместимой со вторичным компенсатором наклона, предназначенным специально для давления содержащегося флюида, таким образом, чтобы вторичный компенсатор наклона не подчинялся ярко выраженному осевому смещению. В данном случае он предназначен для обеспечения компактной системы изолирования давления, которая может легко монтироваться в конфигурацию гибкого трубного соединения без существенного изменения конфигурации гибкого трубного соединения. Таким образом, существует возможность увеличения погрузочно-разгрузочной мощности или срока службы различных видов конфигураций гибкого трубного соединения.
[0009] Также предусмотрено обеспечение конфигурации гибкого трубного соединения, предназначенной специально для подгонки вторичных компенсаторов наклона. Такая конфигурация гибкого трубного соединения может снять повышенное давление, температуру и осевую нагрузку в указанный срок службы и для указанного размера корпуса или опорной поверхности корпуса.
[00010] В соответствии с первым аспектом изобретение предусматривает гибкое трубное соединение, включающее корпус, удлинительную трубу, выдающуюся из корпуса, первый затрубный эластомерный компенсатор наклона, расположенный в корпусе, второй затрубный эластомерный компенсатор наклона, расположенный в корпусе, третий затрубный эластомерный компенсатор наклона, расположенный в корпусе. Первый, второй и третий компенсаторы наклона имеют общий центр вращения, первый и второй компенсаторы наклона установлены коаксильным образом на противоположных сторонах от общего центра вращения, первый и второй компенсатор наклона расположены от общего центра вращения на общем внутреннем радиусе, а третий компенсатор наклона расположен от общего центра вращения на внешнем радиусе, который больше, чем внутренний радиус. Первый и второй компенсаторы наклона механически объединены в последовательные соединения между корпусом и удлинительной трубой, а третий компенсатор наклона механически соединен с корпусом и удлинительной трубой параллельно с последовательным соединением первого и второго компенсаторов наклона.
[00011] В соответствии со вторым аспектом изобретение обеспечивает гибкое трубное соединение, включающее корпус, имеющий первый и второй концы, присоединительный фланец, вмонтированный на первом конце корпуса, удлинительную трубу, выступающую из второго конца корпуса, и внутреннюю трубу, расположенную внутри корпуса и вмонтированную в присоединительный фланец, и обеспечивающую канал от апертуры во фланце, прикрепляемом к удлинительной трубе. Удлинительная труба имеет внутренний фланец и наружную оболочку. Гибкое трубное соединение также включает центрирующее кольцо, расположенное внутри корпуса, а внутренняя труба имеет фланец внутри центрирующего кольца, а внутренний фланец удлинительной трубы расположен внутри центрирующего кольца. Часть центрирующего кольца расположена между внутренним фланцем удлинительной трубы и наружной оболочкой удлинительной трубы. Гибкое трубное соединение включает первый затрубный эластомерный компенсатор наклона, который расположен внутри корпуса между центрирующим кольцом и внутренним фланцем удлинительной трубы, второй затрубный эластомерный компенсатор наклона, который расположен внутри корпуса между центрирующим кольцом и фланцем внутренней трубы, и третий затрубный эластомерный компенсатор наклона, который расположен внутри корпуса между корпусом и наружной оболочкой удлинительной трубы для монтажа удлинительной трубы к корпусу для углового смещения удлинительной трубы по отношению к корпусу. Удлинительная труба проходит через третий компенсатор наклона, таким образом, третий компенсатор наклона окружает удлинительную трубу. Центрирующее кольцо механически соединяет первый и второй компенсаторы наклона в последовательность между удлинительной трубой и корпусом таким образом, чтобы угловое смещение удлинительной трубы относительно корпуса вызывало угловое смещение центрирующего кольца относительно корпуса, которое представляет собой половину углового смещения удлинительной трубы по отношению к корпусу, осевое напряжение на удлинительную трубу относительно корпуса, приходится на первый, второй и третий компенсаторы наклона при сжатии.
[00012] В соответствии с третьим аспектом изобретение предусматривает гибкое трубное соединение, включающее корпус, имеющий первый конец и второй конец, присоединительный фланец, монтированный на первом конце корпуса, опорное кольцо, вмонтированное на втором конце корпуса, удлинительную трубу, выдающуюся из второго конца корпуса; а внутренняя труба расположена внутри корпуса и приварена к присоединительному фланцу и образует канал от апертуры в присоединительном фланце до удлинительной трубы. Гибкое трубное соединение также включает сферическое центрирующее кольцо, расположенное внутри корпуса. Удлинительная труба имеет внутренний фланец и наружную оболочку, а внутренняя труба имеет внутренний фланец и наружную оболочку. Внутренний фланец удлинительной трубы расположен внутри центрирующего кольца, а внутренний фланец внутренней трубы расположен внутри центрирующего кольца. Гибкое трубное соединение также включает первый затрубный эластомерный компенсатор наклона внутри корпуса между центрирующим кольцом и внутренним фланцем удлинительной трубы, а эластомер первого компенсатора наклона связан с центрирующим кольцом удлинительной трубы. Гибкое трубное соединение также включает второй затрубный эластомерный компенсатор наклона, который расположен внутри корпуса между центрирующим кольцом и внутренним фланцем внутренней трубы, и эластомер второго компенсатора наклона связан с центрирующим кольцом и связан с внутренним фланцем внутренней трубы. Гибкое трубное соединение также включает в себя третий затрубный эластомерный компенсатор наклона, расположенный внутри корпуса между опорным кольцом и наружной оболочкой удлинительной трубы, и эластомер третьего компенсатора наклона связан с опорным кольцом и соединен с наружной оболочкой удлинительной трубы. Третий компенсатор наклона прикрепляет удлинительную трубу к корпусу для углового смещения удлинительной трубы относительно корпуса, а удлинительная труба проходит третий компенсатор наклона таким образом, что третий компенсатор наклона окружает удлинительную трубу. Гибкое трубное соединение содержит, в дальнейшем, кольцо нагрузки, закрепленное на наружной оболочке удлинительной трубы, а четвертый затрубный эластомерный компенсатор наклона, расположенный внутри корпуса между кольцом нагрузки и наружной оболочкой внутренней трубы. Эластомер четвертого компенсатора наклона соединен с кольцом нагрузки и связан с наружной оболочкой внутренней трубы, а внутренняя труба проходит через четвертый компенсатор наклона таким образом, что четвертый компенсатор наклона окружает внутреннюю трубу.
[00013] В соответствии с четвертым аспектом изобретение предусматривает гибкое трубное соединение, включая корпус, присоединительный фланец, монтированный на первом конце корпуса, опорное кольцо, монтированное на втором конце корпуса, внутреннюю трубу, присоединенную к присоединительному фланцу, и удлинительную трубу, выдающуюся из второго конца корпуса. Гибкое трубное соединение содержит, в дальнейшем, первую внутреннюю облицовку, расположенную в и приваренную к внутренней трубе, вторую внутреннюю облицовку, расположенную в и приваренную к удлинительной трубе; центрирующее кольцо; первый затрубный эластомерный компенсатор наклона, расположенный в корпусе и вмонтированный между первой внутренней облицовкой и центрирующим кольцом; второй затрубный эластомерный компенсатор наклона, расположенный в корпусе и вмонтированный между второй внутренней облицовкой и центрирующим кольцом; и третий затрубный эластомерный компенсатор наклона, расположенный в корпусе и вмонтированный между удлинительной трубой и опорным кольцом. Первый, второй и третий компенсатор наклона имеют общий центр вращения, первый и второй компенсаторы наклона уложены коаксиальным образом на противоположных сторонах от общего центра вращения, первый и второй компенсатор наклона расположены от общего центра вращения посредством общего внутреннего радиуса, и третий компенсатор наклона расположен от общего центра вращения путем внешнего радиуса, чем внутреннего.
[00014] В соответствии с заключительным аспектом изобретение предусматривает гибкое трубное соединение, которое включает корпус, удлинительную трубу, которая выступает из корпуса, первый затрубный эластомерный компенсатор наклона, который расположен в корпусе, второй затрубный эластомерный компенсатор наклона, расположенный в корпусе, третий затрубный эластомерный компенсатор наклона, расположенный в корпусе, и четвертый эластомерный подшипник, расположенный в корпусе. Первый, второй, третий и четвертый компенсаторы наклона имеют общий центр вращения. Первый и второй компенсаторы наклона уложены коаксиальным образом на противоположных сторонах общего центра вращения, а первый и второй компенсаторы наклона расположены от общего центра вращения посредством общего внутреннего радиуса. Аналогичным образом, третий и четвертый компенсатор наклона уложены коаксиальным образом на противоположных сторонах от общего центра вращения и расположены от общего центра вращения на внешнем радиусе, который больше, чем внутренний радиус. Первый и второй компенсатор наклона механически соединены в последовательности между корпусом и удлинительной трубой, а третий и четвертый компенсаторы наклона механически соединены параллельно друг другу и механически присоединены к корпусу и удлинительной трубе, таким образом, оказались соединены параллельно с комбинацией последовательностей первого и второго компенсаторов наклона.
Краткое описание чертежей
[00015] Дополнительные характеристики и преимущества изобретения описаны ниже со ссылкой на чертежи, на которых:
[00016] фиг.1 представляет собой схематическую диаграмму платформы с натяжными опорами (TLP), включающую эксплуатационный райзер и экспортный райзер в цепной конфигурации;
[00017] фиг.2 представляет приемный резервуар с боковым зазором для монтажа экспортного райзера на TLP, представленную на фиг.1;
[00018] фиг.3 представляет собой фронтальную проекцию гибкого трубного соединения, представленного на фиг.1;
[00019] фиг.4 представляет собой боковое поперечное сечение гибкого трубного соединения по линии 4-4 на фиг.3;
[00020] фиг.5 демонстрирует компенсаторы наклона на фиг.4, противодействующие угловому смещению удлинительной трубы примерно на 20°;
[00021] фиг.6 демонстрирует второй блок компенсаторов наклона, изображенный на фиг.4, отдельно от других компонентов гибкого трубного соединения;
[00022] фиг.7 представляет второй компенсатор наклона, изображенный на фиг.6, в пресс-форме в течение формовки второго компенсатора наклона;
[00023] фиг.8 представляет альтернативную конструкцию гибкого трубного соединения, представленного на фиг.4, для облегчения демонтажа и замены блока второго компенсатора наклона;
[00024] фиг.9 представляет альтернативную конструкцию гибкого трубного соединения, в которой два первичных компенсатора наклона, работающих параллельно, расположены на той же стороне общего центра вращения вместо того, чтобы быть расположенными на противоположных сторонах;
[00025] фиг.10 представляет вторичный блок компенсатора наклона, включающий тепловой экран;
[00026] фиг.11 представляет боковое поперечное сечение гибкого трубного соединения, включающее вторичный блок компенсатора наклона, обладающего тепловым экраном;
[00027] фиг.12 представляет фронтальную проекцию другого гибкого трубного соединения, включающего множество компенсаторов наклона;
[00028] фиг.13 представляет вид сверху на гибкое трубное соединение, указанное на фиг.12;
[00029] фиг.14 представляет собой боковое поперечное сечение по линии 14-14, представленное на фиг.12;
[00030] фиг.15 представляет боковое поперечное сечение альтернативной конструкции гибкого трубного соединения, включающего множество первичных и вторичных компенсаторов наклона; и
[00031] Фиг.16 демонстрирует компенсатор наклона из фиг.15, противодействующий угловому смещению удлинительной трубы примерно на 20°.
[00032] Так как изобретение восприимчиво к различным изменениям и альтернативным формам, его особые воплощения были продемонстрированы на чертежах, а изобретение будет описано детально. В любом случае, необходимо понимать, что не стоит задачи ограничить изобретение указанными конкретными формами, но с другой стороны, существует намерение покрыть все модификации, эквиваленты и альтернативы, возникающие в рамках изобретения, как это определено в прилагаемых пунктах формулы изобретения.
Способ(ы) воплощения изобретения
[00033] Согласно фиг.1 указана морская буровая установка и судно для нефтедобычи, предназначенные, в основном, для нахождения 10 на поверхности воды 11. Плавающее судно представляет собой, в частности, TLP, прикрепленными к морскому дну 12 посредством опор 13, 14 и опорных плит основания 15, 16. На фиг.1 не показан, но подразумевается набор опор, зависящих от каждого из четырех углов TLP 10 и от соответствующих каждой из четырех опорных плит оснований 15, 16. Кроме того, каждый из четырех углов TLP 10 прикреплен посредством соответствующего бокового причального конца 17, 18, применимого для бокового перемещения платформы и сопротивления нагрузке бокового шторма.
[00034] Для подачи бурового раствора и бурильной колонны из TLP для буровой скважины 19 в морском дне 12 и для удаления углеводорода из скважины по окончании бурения, в основном, протягивается предназначенный эксплуатационный райзер 20 из скважины 19 наверх к TLP. Райзер 20 состоит из некоторого количества неподвижных участков трубы 21, присоединенных посредством гибкого трубного соединения 22. Подходящее гибкое трубное соединение описано, например, в патенте США №5,133,578, выданном 28 июля 1992 года (Whightsil, Sr. et al. U.S. Pat. No. 5.133.578).
[00035] Как показано на фиг.1 экспортный райзер 24 предусмотрен, в основном, свисающим из опоры TLP 10 в цепной конфигурации и касающимся морского дна 12. Экспортный райзер 24 представляет собой, например, нефтепровод, ведущий из TLP 10 к береговой установке (не указано) или к системе буев для загружающегося хранилища плавучих систем добычи, хранения и выгрузки нефтепродуктов (FPSO's). Экспортный райзер 24 схож с эксплуатационным райзером 20 в том, что содержится в некотором количестве неподвижных участков трубы 25, присоединенных посредством эластомерных гибких трубных соединений 26. Эластомерное гибкое трубное соединение 27 на верхней части райзера 24 вмонтировано на приемный резервуар с щелевым боковым зазором 34, прикрепленный к опоре основания TLP 10.
[00036] Фиг.2 демонстрирует приемный резервуар с щелевым боковым зазором 34. Приемный резервуар 34 представляет собой сварную конструкцию, состоящую из кованного, обточенного кольца нагрузки 41 и некоторого количества пластин 42, 43. Пластины 42, 43, выполненные в качестве перемычек и фланцев, служат для стабилизации кольца нагрузки 41, а также нагрузок моста между опорой основания TLP и экспортным райзером.
[00037] Во время монтажа задний участок приемного резервуара 34 приварен или иным образом прикреплен к опоре основания TLP, а верхнее гибкое трубное соединение экспортного райзера вставлено в кольцо нагрузки 41. Приемный резервуар включает переднее щелевое отверстие 44, в основном, предназначенное для упрощения бокового входа экспортного райзера при монтаже.
[00038] Изготовлены и установлены гибкие соединения для райзера и монтажа опоры к TLP различных размеров для оперирования стандартными размерами райзеров или опор. В любом случае могут возникнуть ситуации, когда желательно повысить несущую способность или увеличить пригодный для эксплуатации срок службы гибкого соединения для корпуса указанного размера или опорной поверхности. Это особенно верно для высшего гибкого трубного соединения райзера, так как данное гибкое соединение стандартно монтируется к плавучему основанию, имеющему устанавливающийся приемный резервуар, подходящий для отдельной опорной поверхности корпуса.
[00039] Например, в начале избирается допустимый для рабочих условий размер устанавливающегося приемного резервуара, а затем монтирующийся приемный резервуар приваривается к плавающему основанию. Если рабочие условия изменяются, это создает трудность для замены монтирующегося приемного резервуара и приводит к удорожанию установки нового монтирующегося приемного резервуара. Условия нагрузки могут подлежать увеличению ввиду бурения новой или более глубокой скважины на существующем месте, таким образом, промышленный флюид более высокой температуры извлекается на существующем месте, или условия нагрузки могут подлежать улучшению, так как производство на существующем месте завершено и плавающее основание передвинуто на новое место, где морское дно глубже;
таким образом, гибкое трубное соединение должно получить более высокую опору. В любом случае желательно установить новое гибкое трубное соединение большей емкости в существующий монтирующийся приемный резервуар.
[00040] Фиг.3 демонстрирует гибкое трубное соединение 27 более детально. В данном конкретном воплощении гибкое трубное соединение 27 имеет наружный корпус 50 и удлинительную трубу 54, выдающуюся из наружного корпуса 50. Наружный корпус содержит нижнее опорное кольцо 51, цилиндрический корпус 52 и присоединительный фланец 53. Например, данные детали изготовлены из устойчивой к коррозии легированной стали. Цилиндрический корпус 53 имеет блок каналов охлаждения 57, 58, 59, размещенных на его окружности с целью обеспечения циркуляции морской воды для снятия нагрева с гибкого трубного соединения при перемещении флюида высокой температуры по гибкому трубному соединению.
[00041] При использовании гибкое трубное соединение 27 расположено в присоединенном приемном резервуаре (34 на фиг.2), которое может надежно поддерживать вес и нагрузку гибкого трубного соединения 27. Присоединительный фланец 53 скреплен болтами с фланцем (56 на фиг.3) участка трубы (28 на фиг.3) для подачи флюида через гибкое трубное соединение между участком трубы 28 и удлинительной трубой 54. При поддержке силы натяжения на удлинительной трубе 54 по отношению к наружному корпусу 50 шибкое трубное соединение 27 позволяет ряд угловых смещений (9) удлинительной трубы 54 относительно наружного корпуса 50. Например, как показано на фиг.3, угловое смещение (θ) удлинительной трубы 54 происходит, когда удлинительная труба вращается вокруг центра вращения 63 из вертикального положения, как указано сплошными линиями, в отклоняющееся положение 55, как указано пунктирными линиями.
[00042] Для увеличения несущей способности или пригодного для эксплуатации срока службы гибкого соединения для корпуса указанного размера или опоры, один или более первичных компенсаторов наклона и один или более вторичных компенсаторов наклона включены в общий корпус. Первичные компенсаторы наклона управляют осевыми нагрузками на трубное соединение, а вторичные компенсаторы наклона содержат давление флюида внутри гибкого трубного соединения. В частности, первичные эластомерные компенсаторы наклона гарантируют, что стандартные осевые нагрузки на трубное соединение не вызывают осевое смещение, которое является избыточным для вторичных эластомерных компенсаторов наклона, а вторичные компенсаторы наклона снижают или отменяют давление флюида на первичный компенсатор наклона. Кроме того, вторичные компенсаторы наклона могут иметь компактный размер, таким образом, общий размер гибкого трубного соединения не подлежит увеличению с целью подгонки вторичных эластомерных компенсаторов наклона.
[00043] Фиг.4 демонстрирует одну предпочтительную конфигурацию, включая нижний первичный компенсатор наклона 61 и верхний первичный компенсатор наклона 62. Первичные компенсаторы наклона 61 и 62 уложены коаксиальным образом вокруг общего центра вращения 63 и соединены с удлинительной трубой 54, и для противодействия нижнего опорного кольца 51 параллельно вращению удлинительной трубы 54 вокруг общего центра вращения и углового смещения удлинительной трубы 54. В данном конкретном воплощении гибкое трубное соединение 27 имеет внутренний корпус 65, приваренный к нижнему фланцу 66 удлинительной трубы 54, а внутренняя труба 64 приварена к присоединительному фланцу 53. Например, внутренний корпус 65 и внутренняя труба 64 изготовлены из устойчивой к коррозии легированной стали. Нижний первичный компенсатор наклона 61 расположен между и соединен с нижним опорным кольцом 51 и верхним фланцем 66 удлинительной трубы 54.
Верхний первичный компенсатор наклона 62 расположен между и соединен с нижним фланцем 67 внутренней трубы 64 и внутренним корпусом 65.
[00044] В основном, так как удлинительная труба 54 и внутренний корпус 65 присоединены друг к другу, верхний компенсатор наклона 62 и нижний компенсатор наклона 61 вынуждены параллельно противодействовать и, таким образом, перемещать и вращать в той же степени. По этой причине вся нагрузка, которая приходится на натяжение и вращение райзера, распределяется между верхним компенсатором наклона 62 и нижним компенсатором наклона 61 пропорционально их относительной жесткости. Нижний компенсатор наклона 61 передает свою нагрузку непосредственно на нижнее опорное кольцо 51, в то время как верхний компенсатор наклона 62 передает свою нагрузку на внутреннюю трубу 64. Внутренняя труба 64 затем передает эту нагрузку на присоединительный фланец 53 через сварное соединение. Присоединительный фланец 53 передает эту нагрузку через другое сварное соединение ниже к нижнему опорному кольцу 51.
[00045] Гибкое трубное соединение 27 включает, в дальнейшем, верхний внутренний лейнер 71, нижний внутренний лейнер 72 и центрирующее кольцо 73. Верхний вторичный затрубный эластомерный компенсатор наклона 74 расположен между центрирующим кольцом 73 и верхним внутренним лейнером 71, а нижний вторичный затрубный эластомерный компенсатор наклона 75 расположен между центрирующим кольцом 73 и нижним внутренним лейнером 72. Блок из верхнего внутреннего лейнера 71, нижнего внутреннего лейнера 72, центрирующего кольца 73, верхнего вторичного затрубного эластомерного компенсатора наклона 74 и нижнего вторичного затрубного эластомерного компенсатора наклона 75 сформован как один блок 70, в основном, предназначенный как указано ниже со ссылкой на фигуры 6 и 7.
[00046] Все компенсаторы наклона 61, 62, 74, 75 гибкого трубного соединения 27 делят один и тот же центр вращения 63 таким образом, что делают возможным целый ряд не ограничивающих угловых смещений удлинительной трубы 54 во время эксплуатации. Центрирующее кольцо 73 представляет собой сферическое кольцо, имеющее центральную точку с этим общим центром вращения 63. Центрирующее кольцо 73 имеет также желобок 76 по своему экватору.
[00047] Вторичные компенсаторы наклона 74, 75, центрирующее кольцо 73, верхний лейнер 71 и нижний лейнер 72 изолируют внутреннюю полость 68 от промышленного флюида. Таким образом, наоборот, исключают результирующий напор давления, который был бы иным образом внедрен, если бы давление промышленного флюида происходило во внутренней полости 68 и выше на первичных компенсаторах наклона 61 и 62. Таким образом, блок лейнеров 71, 72, центрирующего кольца 73 и вторичных компенсаторов наклона 74, 75 функционирует как устройство изолирования давления 70, которое создает избыточность в уплотнителях между промышленным флюидом и внешней средой за пределами гибкого трубного соединения 27. Внутренний корпус 65, например, напорное отверстие 78 для измерения или регулирования давления во внутренней полости. Напорное отверстие 78, например, содержит отверстие во внутреннем корпусе 65, и данное отверстие закрыто заглушкой, вентилем или манометром, доступным снаружи через канал охлаждения 57.
[00048] На практике при передаче промышленного флюида из плавучего судна в экспортный райзер (24 на фиг.1) промышленный флюид течет вниз через апертуру 69 в присоединительном фланце 53 во внутреннюю трубу 64. Затем промышленный флюид течет из внутренней трубы 64 вниз по верхнему внутреннему лейнеру 71, через центрирующее кольцо 73, по нижнему внутреннему лейнеру 72 и по удлинительной трубе 54.
[00049] Возможно также использование гибкого трубного соединения, как показано на фиг.4 в эксплуатационном райзере (20 на фиг.1). В данном случае промышленный флюид из скважины будет подаваться по удлинительной трубе 54, а затем вверх по нижнему внутреннему лейнеру 72, центрирующему кольцу 73, верхнему внутреннему лейнеру 71, внутренней трубе 64 и вверх по апертуре 69 присоединительного фланца 53.
[00050] Конструкция гибкого трубного соединения 27 делает возможным раздельное формование двух блоков первичных гибких соединений. При одном процессе формования эластомер нижнего компенсатора наклона 61 присоединен к нижнему опорному кольцу 51 и удлинительной трубе 54 посредством зазора кольца, состоящего из двух частей (не указано). Если данный процесс формования завершен, две части разъемного кольца отделяются друг от друга для удаления разъемного кольца из сформованного блока. Дальнейшие детали, имеющие отношение к формованию посредством такого разъемного кольца, представлены на фиг.5 и в колонке 5 строки 47 - колонке 6 строки 2 патента США 4,708,758, выданного 24 ноября 1987 (McGregor U.S. Patent 4.708.758).
[00051] В схожем исполнении, когда верхний компенсатор наклона 62 формован, эластомер верхнего компенсатора наклона связан с нижним фланцем 67 внутренней трубы 64 и внутреннего корпуса. В данном случае, однако, нет необходимости в разъемном кольце, так как формы внутренней трубы 64 и внутреннего корпуса 65 позволяют использовать сплошное коническое кольцо в процессе формования.
[00052] Гибкое трубное соединение, как показано на фиг.4, произведено из блока, состоящего из нижнего компенсатора наклона 61, и блока, состоящего из верхнего компенсатора наклона 62, посредством введения нижнего внутреннего лейнера 72 из блока лейнеров в удлинительную трубу 54. Затем блок верхнего первичного компенсатора наклона 62 опускается на позицию с внутренней трубой 64, закрепленной над верхним лейнером 71 блока лейнеров, таким образом, что верхний лейнер 71 помещается во внутреннюю трубу 64 до тех пор, пока внутренний корпус 65 не устанавливается на нижний фланец 66 удлинительной трубы 54. Затем нижний конец нижнего внутреннего лейнера 72 приварен к нижнему концу удлинительной трубы 54, а верхний конец верхнего внутреннего лейнера 71 приварен к верхнему концу внутренней трубы 64. Затем цилиндрический корпус 52 расположен на и приварен к нижнему опорному кольцу 51. Затем присоединительный фланец 53 подогнан к внутренней трубе 64 и расположен на цилиндрическом корпусе 52, а верхний конец внутренней трубы приварен к присоединительному фланцу. Затем присоединительный фланец 53 приварен к цилиндрическому корпусу 52.
[00053] Фиг.5 демонстрирует гибкое трубное соединение 27, где удлинительная труба 54 подвержена максимальному угловому смещению (θ). Центрирующее кольцо 73 также вращается вокруг центра вращения 63, но его угловое смещение (φ) составляет около половины углового смещения (θ) удлинительной трубы 54. Виду этого при механическом присоединении в последовательности верхнего вторичного компенсатора наклона 74 и нижнего вторичного компенсатора наклона 75 между корпусом 50 и удлинительной трубой 54 угловое смещение каждого вторичного компенсатора наклона, вызванное угловым смещением (θ) удлинительной трубы, представляет собой половину углового смещения (θ) удлинительной трубы.
1
2
2
1
[00054] В основном, угловая деформация компенсатора наклона прямо пропорциональна угловому смещению (θ) удлинительной трубы и прямо пропорциональна коэффициенту радиального смещения компенсатора наклона от центра вращения 63, разделенного радиальной толщиной компенсатора наклона. Как показано на фиг.5, например, каждый из вторичных компенсаторов наклона 74, 75 смещен путем общего внутреннего радиуса R из общего центра вращения 63, а каждый из первичных компенсаторов наклона 61, 62 смещен посредством общего внешнего радиуса R из общего центра вращения 63. Так как внешний радиус R намного больше внутреннего радиуса R, и так как вторичные компенсаторы 74, 75 механически связаны в последовательность, и первичные компенсаторы наклона 61, 62 механически параллельно связаны между корпусом и удлинительной трубой, каждый из вторичных компенсаторов наклона может иметь радиальную толщину намного меньше радиальной толщины каждого из первичных компенсаторов наклона, таким образом, устройство изолирования давления 70 может иметь компактный размер.
[00055] Также представляется возможным для каждого вторичного компенсатора наклона 74, 75 быть включенным в эластомер, имеющий нижний модуль, а не в эластомер первичных компенсаторов наклона 61, 62, так как вторичные компенсаторы наклона 74, 75 сконструированы, главным образом, для содержания давления, а первичные компенсаторы наклона 61, 62 сконструированы для противодействия угловой и осевой деформации. При использовании композиции эластомера нижнего модуля во вторичных компенсаторах наклона 74, 75, а не первичных компенсаторов наклона 61, 62, вторичные компенсаторы наклона могут выносить большую угловую деформацию, чем первичные компенсаторы наклона, а следовательно, радиальная толщина вторичных компенсаторов наклона может быть далее сокращена относительно радиальной толщины первичных компенсаторов наклона. Тем не менее, как описано ниже со ссылкой на фигуры 14 и 15, возможно также создание гибкого трубного соединения, в котором первичные и вторичные компенсаторы наклона имеют одинаковую форму и одну и ту же композицию эластомера и в котором вторичные компенсаторы наклона могут быть подвергнуты большему давлению и большей температуре, чем первичные компенсаторы наклона.
[00056] Фиг.6 демонстрирует устройство изолирования давления 70 отдельно от конкретного гибкого трубного соединения, в котором она может применяться. В общем, каждый верхний лейнер 71 и нижний лейнер 72 имеет цилиндрическую часть отдельно от центрирующего кольца 73 и полусферическую форму около центрирующего кольца. Цилиндрическая часть каждого из верхних лейнеров 71 и нижних лейнеров 72 имеет длину в зависимости от конкретной конфигурации гибкого трубного соединения. В общем, длина цилиндрической части лейнера избирается для удобства сварки оконечности лейнера с другой металлической деталью гибкого трубного соединения, такой как удлинительная труба или внутренняя труба.
[00057] Фиг.7 демонстрирует пресс-форму для формования устройства изолирования давления 70, представленного на фиг.6. На фиг.7 пресс-форма имеет оба (внутренний и внешний) компонента. Внутренние компоненты представляют собой сердечник внутреннего диаметра или пневматическую камеру 160, и сменные кольца 161,162 выдвижного или съемного эластомера. Сменные кольца 161, 162 предварительно формованы из эластомера и исправлены, а затем покрыты смазкой для пресс-формы. Сменные кольца 161,162, откалиброванные для работы в качестве перемычки или заглушки для необработанного эластомера, который становится верхним вторичным компенсатором наклона 74 и нижним вторичным компенсатором наклона 75. Наружные компоненты включают внешнее кольцо формования 163, которое помещено в экваториальный желобок 76 центрирующего кольца 73 для удержания компонентов (71, 72, 73, 74, 75) устройства изолирования давления на ранее установленной высоте. Наружные компоненты также включают последовательность стяжных колец 164, 165, 166, 167, 168, 169. Наружные стяжные кольца 166, 167 имеют паровые рубашки 171, 172 для нагрева формы с целью восстановления эластомера верхнего вторичного компенсатора наклона 74 и нижнего вторичного компенсатора наклона 75.
[00058] Фиг.8 демонстрирует альтернативную конструкцию гибкого трубного соединения 90 для облегчения демонтажа. Гибкое трубное соединение 90 содержит наружный корпус 100 и удлинительную трубу 84, выдающуюся из наружного корпуса. Наружный корпус 100 состоит из нижнего опорного кольца 81, цилиндрического корпуса 82 и присоединительного фланца 83. Гибкое трубное соединение 90 содержит, в дальнейшем, удлинительную трубу 84, нижний первичный эластомерный компенсатор наклона 91, верхний первичный эластомерный компенсатор наклона 92, внутренний корпус 95, верхний лейнер 101, нижний лейнер 102, центрирующее кольцо 103, верхний вторичный эластомерный компенсатор наклона 104 и нижний вторичный эластомерный компенсатор наклона 105. Эластомерные компенсаторы наклона 91, 92, 104, 105 имеют общий центр вращения 93. Центрирующее кольцо 103 представляет собой сферическое кольцо, имеющее центральную точку, которая совпадает с общим центром вращения 93.
[00059] Во время установки гибкого трубного соединения 90, когда формуется нижний первичный компенсатор наклона 91, эластомер нижнего первичного компенсатора наклона 91 связывается с нижним опорным кольцом 81 и удлинительной трубой 84. Когда верхний первичный компенсатор наклона 92 формуется, эластомер верхнего первичного компенсатора наклона 92 связывается с внутренним корпусом 95 и внутренней трубой 94. Верхний вторичный компенсатор наклона 104 и нижний вторичный компенсатор наклона 105 подлежат одновременному формованию, формируя единичное устройство изолирования давления 110, состоящее из верхнего лейнера 101, нижнего лейнера 102 и центрирующего кольца 103.
[00060] Устройство изолирования давления 110, включающее вторичные компенсаторы наклона 104, 105, затем помещается на блок нижнего компенсатора наклона 91, а нижний лейнер 102 помещен в удлинительную трубу 84. Затем блок верхнего компенсатора наклона 92 размещается на блоке нижнего компенсатора наклона 91, а верхний фланец 96 удлинительной трубы 84 закрепляется на внутреннем корпусе 95 посредством набора болтов 105. Металлическая прокладка конечного кольца 106 уплотняет соединение между верхним фланцем 96 удлинительной трубы 84 и внутренним корпусом 95. Затем цилиндрический корпус 82 помещается на нижнее опорное кольцо 81 и прикрепляется к нижнему опорному кольцу 81 посредством набора болтов 107. Затем нижний конец нижнего внутреннего лейнера 102 приваривается к нижнему концу удлинительной трубы 84, а верхний конец верхнего внутреннего лейнера 101 приваривается к верхнему концу внутренней трубы 94. Затем гибкая напорная линия 109 соединяется между напорным отверстием 108 во внутреннем корпусе 95 и напорным отверстием 114 в присоединительном фланце 83 таким образом, что напорное отверстие 114 в присоединительном фланце 83 позволяет производить измерение или регулирование давления флюида во внутренней пазухе 98. Затем присоединительный фланец 83 устанавливается на внутреннюю трубу 94, и внутренняя труба 94 приваривается к присоединительному фланцу 83. Затем присоединительный фланец 83 прикрепляется к цилиндрическому корпусу 82 посредством набора болтов 106.
[00061] При использовании в условиях открытого моря напорное отверстие 114 позволяет производить внешнее выявление любого повреждения вторичных компенсаторов наклона 104, 105, содержащих промышленный флюид, находящийся под давлением. Если обнаружено повреждение, замена устройства изолирования давления 110, содержащего вторичные компенсаторы наклона 104, 105, может производиться незамедлительно в поле, или замена может быть назначена для проведения в будущем, если отложенная замена представляется более удобной. До замены устройства изолирования давления верхний первичный компенсатор наклона 92 будет содержать промышленный флюид внутри внутренней полости 98. Наружная камера 99 может быть заполнена неуплотняемым флюидом, таким как пропиленгликоль или полиалкиленгликоль, таким образом, нагрузка от давления промышленного флюида во внутренней полости 98 будет распределена между верхним первичным компенсатором наклона 92 и нижним первичным компенсатором наклона 91.
[00062] Для осуществления демонтажа необходимо удалить болты 106 с тем, чтобы присоединительный фланец 83 не был более прикреплен к цилиндрическому корпусу 82. Затем сварное соединение 113 между внутренней трубой 94 и присоединительным фланцем 83 шлифуется так, чтобы присоединительный фланец мог быть вынут из внутренней трубы. Также шлифуется сварное соединение 111 между верхним внутренним лейнером 101 и внутренней трубой 94, шлифуется также сварное соединение 112 между нижним внутренним трубопроводом и удлинительной трубой 84. Затем удаляются болты 107 так, чтобы цилиндрический корпус 82 мог быть вынут из нижнего опорного кольца 81. Затем удаляются болты 105 с тем, чтобы блок верхнего компенсатора наклона 107 мог быть удален из блока нижнего компенсатора наклона 103. Затем устройство изолирования давления 110 (включая верхний внутренний лейнер 101, нижний внутренний лейнер 102, центрирующее кольцо 103, верхний вторичный компенсатор наклона 104 и нижний вторичный компенсатор наклона 105) выводится из удлинительной трубы 84. Устройство изолирования давления 110 может быть заменено новым устройством изолирования давления, а гибкое трубное соединение 90 может быть затем повторно собрано в поле.
[00063] Гибкое трубное соединение 27 на фиг.4 и гибкое трубное соединение 90 на фиг.8 должны использоваться для применения, такого как цепной райзер, в котором удлинительная труба 54 или 84 подчинена, предпочтительнее, осевому напряжению, чем осевому растяжению относительно наружного корпуса гибкого трубного соединения. В противном случае, данное растяжение будет переходить в напряжение на компенсаторы наклона, а осевое растяжение на удлинительной трубе 54 или 84 будет ограничивать срок службы гибкого трубного соединения. Для применений, в которых удлинительная труба может быть подвергнута значительному осевому растяжению, гибкое трубное соединение должно быть сконструировано, как указано ниже с целью ограничения передачи осевого растяжения вторичным компенсаторам наклона.
[00064] Фиг.9 демонстрирует гибкое трубное соединение 120, имеющее наружный корпус 130 и удлинительную трубу 122, выдающуюся из наружного корпуса. Наружный корпус 130 состоит из цилиндрического корпуса 121 и присоединительного фланца 123. Присоединительный фланец 123 приварен к цилиндрическому корпусу 121. Нижний первичный затрубный эластомерный компенсатор наклона 131 соединен с цилиндрическим корпусом 121 и присоединен к удлинительному кожуху 132 удлинительной трубы 122. Верхний первичный затрубный эластомерный компенсатор наклона 133 соединен с внутренним корпусом 134 и присоединен к верхнему фланцу 135 внутреннего лейнера 147 удлинительной трубы 122. Внутренний корпус 134 приварен к присоединительному фланцу 123, а нижний конец кожуха удлинительной трубы 132 приварен к лейнеру удлинительной трубы 147.
[00065] Гибкое трубное соединение 120 содержит устройство изолирования давления 140. Устройство изолирования давления включает в себя верхний лейнер 141, нижний лейнер 142, сферическое центрирующее кольцо 143, верхний вторичный затрубный эластомерный компенсатор наклона 144, присоединенный между верхним лейнером 141 и центрирующим кольцом 143, и нижний затрубный эластомерный компенсатор наклона 145, присоединенный между нижним лейнером 142 и центрирующим кольцом 143. Верхний лейнер 141 расположен в апертуре 137 в присоединительном фланце 123, а нижний лейнер 142 расположен в лейнере удлинительной трубы 147.
1
2
2
1
3
3
1
3
2
[00066] Первичные компенсаторы наклона 131,133 и вторичные компенсаторы наклона 144, 145 имеют общий центр вращения 136. Вторичные компенсаторы наклона 144, 145 уложены в коаксиальном виде на противоположных сторонах от общего центра вращения 136 на общем внутреннем радиусе R от общего центра вращения. Первичные компенсаторы наклона 131, 133 установлены и уложены в коаксильном виде на той стороне от общего центра вращения. Верхний первичный компенсатор наклона 133 расположен на внешнем радиусе R от общего центра вращения 136, таким образом, R больше, чем внутренний радиус R. Нижний первичный компенсатор наклона 131 расположен на внешнем радиусе R от общего центра вращения 136, таким образом, что R больше, чем внутренний радиус R, и R больше, чем внешний радиус R. Вторичные компенсаторы наклона 144, 145 механически соединены в последовательность с центрирующим кольцом 143 между наружным корпусом 130 и удлинительной трубой 122, первичные компенсаторы наклона 131,133 механически соединены параллельно друг другу, а каждый из первичных компенсаторов наклона 131, 133 механически соединен с внешним корпусом 130 и удлинительной трубой 122, параллельно с последовательной комбинацией вторичных компенсатором наклона 144,145.
[00067] Удлинительный кожух 132 имеет полусферический фланец 138, примыкающий к добавочной наружной полусферической поверхности 139 внутреннего корпуса 134. Осевое сжатие удлинительной трубы 122 по отношению к наружному корпусу 130 вызывает контакт полусферического фланца 138 кожуха удлинительной трубы 132 с наружной полусферической поверхностью 139 внутреннего корпуса 134 таким образом, что осевая сжимающая сила передается от удлинительной трубы 122 к наружному корпусу 130 по удлинительному кожуху 132, внутреннему корпусу 134 и присоединительному фланцу 123. Поэтому осевая сжимающая сила не применяется к устройству изолирования давления 140 и его вторичным компенсаторам наклона 144, 145.
[00068] Фиг.10 демонстрирует устройство изолирования давления 150, включающее верхний лейнер 181, нижний лейнер 182, центрирующее кольцо 183, верхний вторичный угловой эластомерный компенсатор наклона 184 и нижний угловой эластомерный компенсатор наклона 185. В центрирующем кольце 183 расположены верхний лейнер 186 теплового экрана и нижний лейнер теплового экрана 187. Лейнеры теплового экрана 186, 187 изготовлены из малотеплопроводного материала такого, как железоникелехромовый сплав или термопластик. Предпочтительным железоникелехромовым сплавом является жаропрочный сплав инконель, который содержит минимум 72% никеля и кобальта, 14-17% хрома и 6-10% железа, или 76% никеля, 17% хрома, 75 железа. Предпочтительным термопластиком является полиэфирный эфир оксикетона или PEEK, как описано в патенте США 7,341,283, выданном 11 марта 2008 года (Moses et al., U.S. Patent 7.341.283).
[00069] Лейнеры теплового экрана 186, 187 собраны в шаровое шарнирное соединение. Нижний лейнер теплового экрана 187 образован посредством верхнего сферического фланца 188, а верхний лейнер теплового экрана 188 образован при помощи нижнего полусферического фланца 189. Верхний сферический фланец 188 помещен в нижний полусферический фланец 189, а затем нижний конец нижнего полусферического фланца 189 загнут вокруг верхнего сферического фланца 188. Верхний сферический фланец 188 снабжен щелью для вставки в него зазора эластичного металлического уплотнительного кольца 190, которое растягивается по внутренней периферии нижнего полусферического фланца 189 для удерживания промышленного флюида внутри удлинительной трубы. Таким образом, уплотнительное кольцо 190 действует схожим образом с поршневым кольцом в двигателе внутреннего сгорания. Уплотнительное кольцо 190, однако, не должно обеспечивать герметичного уплотнения, а вместо этого уплотнительное кольцо 190 предотвращает свободную циркуляцию промышленного флюида через посадку с зазором между лейнерами теплового экрана 186.
[00070] Для сборки лейнеров теплового экрана 186, 187 в устройстве изолирования давления 180 центрирующее кольцо 183 состоит из двух полусферических колец 192, 193, присоединенных экваториальной сваркой 194. Когда верхний первичный компенсатор наклона 184 формуется, эластомер верхнего вторичного компенсатора наклона 184 присоединяется к верхнему лейнеру 181 и связывается с нижним полусферическим кольцом 192. Когда формуется нижний вторичный компенсатор наклона 185, эластомер нижнего вторичного компенсатора наклона 185 присоединяется к нижнему лейнеру 182 и связывается с нижним полусферическим кольцом 193. Затем блок верхнего вторичного компенсатора наклона 184 устанавливается над верхним лейнером теплового экрана 186 блока теплового экрана, а блок нижнего вторичного компенсатора наклона 185 устанавливается над нижним лейнером теплового экрана 187 блока теплового экрана, таким образом, два полусферических кольца 192, 193 присоединены вокруг фланцев 188, 189 блока теплового экрана и приварены друг к другу, образуя экваториальную сварку 194.
[00071] Верхний конец верхнего лейнера теплового экрана 186 имеет закрытую посадку с зазором внутри цилиндрического глухого отверстия в верхнем лейнере изолирования давления 181, а верхний лейнер теплового экрана 187 имеет закрытую посадку с зазором внутри цилиндрического глухого отверстия в нижнем лейнере изолирования давления 182. Поэтому, лейнеры теплового экрана 186, 187 фактически не оказывают противодействия нижнему лейнеру изолирования давления 182 при его отходе от верхнего лейнера изолирования давления 181, где растяжение применяется к удлинительной трубе по отношению к корпусу гибкого трубного соединения, включающего устройство изолирования давления 180. При отсутствии осевого усилия удлинительной трубы возникает некий осевой зазор (z) между оконечностями лейнеров теплового экрана 186,187 и цилиндрическими глухими отверстиями в лейнерах изолирования давления 181, 182. Лейнеры теплового экрана 186, 187 противостоят сжимающей силе между нижним лейнером изолирования давления 182 и верхним лейнером изолирования давления 181, если сжатие, приложенное к удлинительной трубе, достигает определенного предела по отношению к корпусу, при котором осевой зазор «z» сокращается до нуля.
[00072] Фиг.11 демонстрирует устройство изолирования давления 180, изображенное на фиг.10, включенное в гибкое трубное соединение 200. Гибкое трубное соединение 200 содержит наружный корпус 210, состоящий из нижнего опорного кольца 201, цилиндрического корпуса 202 и присоединительного фланца 203. Набор болтов 219 прикрепляет нижнее опорное кольцо 201 к цилиндрическому корпусу 202, а набор болтов 218 прикрепляет присоединительный фланец 203 к цилиндрическому корпусу 202. Удлинительная труба 204 выдается из наружного корпуса 210. Нижний первичный затрубный эластомерный компенсатор наклона 211 расположен в наружном корпусе 210 для монтажа удлинительной трубы 204 к наружному корпусу 210, а нижний первичный эластомерный компенсатор наклона 212 также расположен в корпусе для монтажа удлинительной трубы 204 к наружному корпусу 210. Первичные компенсаторы наклона делят общий центр вращения 213 и уложены коаксиальным образом.
[00073] При формовании нижнего первичного компенсатора наклона 211 эластомер нижнего первичного компенсатора наклона 211 связан с нижним опорным кольцом 201 и соединен с верхним фланцем 216 удлинительной трубы 204. При формовании нижнего первичного компенсатора наклона 212 эластомер верхнего первичного компенсатора наклона 212 соединен с внутренним корпусом 215 и связан с нижним фланцем 217 внутренней трубы 214. После составления устройства изолирования давления 180 нижний лейнер давления 182 устройства изолирования давления 180 помещается в цилиндрическое глухое отверстие в удлинительной трубе 204, а верхний лейнер давления 181 устройства изолирования давления 180 помещается в цилиндрическое глухое отверстие внутренней трубы 214, где блок верхнего первичного компенсатора наклона 212 установлен на блок нижнего первичного компенсатора наклона 211. В этом исполнении устройство изолирования давления 180 размещается в сферической полости, связанной посредством полусферической поверхности верхнего фланца 216 удлинительной трубы 204 и внутренней полусферической поверхности нижнего фланца 217 внутренней трубы 204. Затем нижний конец внутреннего корпуса 215 приварен к верхнему концу верхнего фланца 216 удлинительной трубы 204. Верхний конец лейнера давления 181 устройства изолирования давления 180 приварен к внутренней трубе 214, а нижний конец нижнего лейнера давления 182 устройства изолирования давления 180 приварен к удлинительной трубе 204. Затем цилиндрический корпус 202 прикреплен болтами к нижнему опорному кольцу 201, а присоединительный фланец 203 установлен на верхнем конце внутренней трубы 214 и закреплен болтами на цилиндрическом корпусе 202. Затем внутренняя труба 214 приварена к присоединительному фланцу 203.
[00074] Фиг.12, 13 и 14 демонстрируют различные проекции гибкого трубного соединения 230, в котором вторичные компенсаторы наклона 254, 255 могут, но не обязательно, иметь ту же структуру эластомера как у первичного компенсатора наклона 241, и в котором вторичные компенсаторы наклона напрямую подчинены давлению и температуре передачи флюида, и выполнять функцию устройства изолирования давления.
[00075] Как показано на фиг.12, гибкое трубное соединение 230 имеет наружный корпус 240, состоящий из нижнего опорного кольца 231, цилиндрического корпуса 232 и присоединительного фланца 233. Удлинительная труба 234 тянется из наружного корпуса 240.
[00076] Как показано на фиг.13, внутренняя труба 251 приварена к присоединительному фланцу 133 и предусматривает апертуру в присоединительном фланце.
[00077] Как показано на фиг.14, вторичные компенсаторы наклона 254, 255 механически соединены в последовательности между корпусом 240 и удлинительной трубой 234, а первичный компенсатор наклона 241 механически присоединен параллельно последовательной комбинации вторичных компенсаторов наклона 254, 255. Параллельное размещение вызывает то же угловое и осевое смещение первичного компенсатора наклона 241, как и у удлинительной трубы 234, в то время как последовательное размещение вторичных компенсаторов наклона 254, 255 позволяют вторичным компенсаторам наклона разделять указанное смещение, осевое или угловое, пропорционально их соответствующей жесткости. Ввиду этого, например, угловые и осевые смещения вторичных компенсаторов наклона 254, 255, обладающих идентичной формой и составом, будут представлять собой половину тех смещений, которые были произведены удлинительной трубой 234 или первичными компенсаторами наклона 241. Конструктивная особенность позволяет подогнать по размеру первичные компенсаторы наклона с тем, чтобы нести большую часть общей осевой нагрузки, возникающей в результате натяжения удлинительной трубы 234, и давления флюида, оказываемого на блок (252, 257, 246 и 255) вторичного компенсатора наклона 255, соединенного с удлинительной трубой 234, таким образом, ограничивающего степень сжатия эластомерных прокладок вторичных компенсаторов наклона 254, 255 и увеличивающего, таким образом, их эксплуатационный ресурс, а также ресурс гибкого трубного соединения 230.
[00078] Как показано далее на фиг.4, блок болтов 248 прикрепляет присоединительный фланец 233 к цилиндрическому корпусу 232, а блок болтов 249 прикрепляет нижнее опорное кольцо 231 к цилиндрическому корпусу 232. Внутренняя труба 251 обеспечивает канал из апертуры в присоединительном фланце к удлинительной трубе 234. Удлинительная труба 234 содержит внутренний лейнер 252 и наружный кожух 235. Первичный затрубный эластомерный компенсатор наклона 241 закрепляет наружный кожух 235 удлинительной трубы 234 к нижнему опорному кольцу 231.
[00079] Устройство изолирования давления 250 содержит внутреннюю трубу 251, лейнер удлинительной трубы 252, сферическое центрирующее кольцо 253, верхний вторичный затрубный эластомерный компенсатор наклона 254, расположенный между нижним фланцем 245 внутренней трубы 251 и верхней половиной 258 центрирующего кольца 253; и нижний вторичный затрубный эластомерный компенсатор наклона 255, расположенный между верхним фланцем 246 удлинительной трубы 252 и нижней половиной 259 центрирующего кольца 253. Нижний фланец 245 внутренней трубы 251 расположен внутри верхней половины 258 центрирующего кольца 253. Верхний фланец 246 удлинительной трубы 252 расположен внутри нижней половины 259 центрирующего кольца 253. Нижняя часть нижней половины 259 центрирующего кольца 253 расположена между верхним фланцем 242 наружного кожуха 235 удлинительной трубы 234 и верхним фланцем 246 лейнера удлинительной трубы 252.
1
2
1
[00080] Первичный компенсатор наклона 241 и вторичные компенсаторы наклона 254 и 255 имеют общий центр вращения 243. Вторичные компенсаторы наклона 254 и 255 уложены в коаксиальном положении на противоположных сторонах от общего центра вращения 243. Вторичные компенсаторы наклона 254 и 255 расположены от общего центра вращения 243 на внутреннем общем радиусе R. Первичный компенсатор наклона 241 расположен от общего центра вращения 243 на внешнем радиусе R, который больше, чем внутренний радиус R. Вторичные компенсаторы наклона 254 и 255 механически соединены в последовательность между корпусом 240 и удлинительной трубой 234, а первичный компенсатор наклона 241 механически присоединен к корпусу 240 и удлинительной трубе 234 параллельно последовательности комбинации верхнего и нижнего компенсаторов наклона 254 и 255.
2
2
2
[00081] Угловое смещение (θ) удлинительной трубы 234 относительно корпуса 240 вокруг общего центра вращения 243 вызывает угловую деформацию или сдвиг (δ) первичного компенсатора наклона 241, который пропорционален коэффициенту внешнего радиуса (R), разделенному радиальной толщиной (Δr) первичного компенсатора наклона 241 (Угловые деформации компенсаторов наклона в более сложном гибком трубном соединении показаны на фиг.16, которая описана ниже). Таким образом,
2
2
2
δ=θ R/Δr
1
1
1
[00082] В гибком трубном соединении 230 структура и форма верхнего вторичного компенсатора наклона 254 фактически являются теми же структурой и формой нижнего вторичного компенсатора наклона 255. Таким образом, угловое смещение (θ) удлинительной трубы 234 относительно корпуса 240 вокруг общего центра вращения 243 вызывает вращение центрирующего кольца 253 вокруг общего центра вращения посредством угла (φ), который составляет, приблизительно, половину углового смещения (θ) удлинительной трубы 234 относительно корпуса 240. Следовательно, угловое смещение (θ) удлинительной трубы 234 относительно корпуса 240 вокруг общего центра вращения 243 вызывает угловую деформацию или сдвиг (δ) каждого из вторичных компенсаторов наклона 254, 255, который пропорционален коэффициенту внешнего радиуса (R), разделенному радиальной толщиной (Δr) каждого из вторичных компенсаторов наклона 254, 255, согласно:
1
1
1
Δ=θR/2Δ r
1
1
2
2
1
2
1
2
[00083] Как показано на фиг.14, форма первичного компенсатора наклона 255 может быть схожей с формой вторичных компенсаторов наклона 254 и 255, таким образом, R/Δr=R/Δr. Следовательно, так как первичный компенсатор наклона механически присоединен к корпусу 240, а удлинительная труба 234 параллельно соединена с последовательностью сочетания верхнего и нижнего компенсаторов наклона 254, 255, угловое смещение (θ) удлинительной трубы 235 относительно корпуса 240 вокруг общего центра вращения 243 вызывает угловую деформацию (δ) каждого из вторичных компенсаторов наклона, что представляет собой половину угловой деформации (δ) первичного компенсатора наклона 241. Таким образом, каждый из вторичных компенсаторов наклона может иметь тот же состав и структуру и ту же форму, что и первичный компенсатор наклона 241, пока что каждый из вторичных компенсаторов наклона будет иметь угловую деформацию (δ), которая значительно меньше, чем угловая деформация (δ) первичного компенсатора наклона 241. Схожий аргумент, применительно к угловым смещениям, демонстрирует, что вторичные компенсаторы наклона 254, 255 сдвигаются значительно меньше, чем удлинительная труба 234 или первичный компенсатор наклона 241. Следовательно, вторичные компенсаторы наклона 254, 255 могут быть подчинены более сильному воздействию давления или температуры, чем первичный компенсатор наклона 241 без значительного сокращения срока службы гибкого трубного соединения 230.
1
1
2
[00084] Например, на фигурах 12 и 14 цилиндрический корпус 232 перфорирован с целью пропуска воды через цилиндрический корпус 232 для охлаждения компенсаторов наклона 241, 254, 255, а вторичные компенсаторы наклона 254, 255 расположены ближе к центральному каналу удлинительной трубы 234 и внутренней трубы 251, таким образом, вторичные компенсаторы наклона 254, 255 подвержены воздействию более высокой температуры горячего производственного флюида, чем первичный компенсатор наклона 241. В дополнение, вторичные компенсаторы наклона 254, 255 изолируют давление внутри удлинительной трубы 234, и первичный компенсатор наклона 255 не подвержен воздействию этого давления. Для определенного применения толщина (Δr) вторичных компенсаторов наклона 254,255 может избираться таким образом, чтобы угловая деформация (δ) вторичных компенсаторов наклона сократилась относительно угловой деформации (δ) первичного компенсатора наклона 241 на величину, достаточную только для управления повышенным давлением или температурной нагрузкой на вторичные компенсаторы наклона относительно первичного компенсатора наклона. Кроме того, осевое напряжение на удлинительную трубу 234 оказывает на вторичные компенсаторы наклона 245, 255 такое сжатие, что вторичные компенсаторы наклона также содействует способности гибкого трубного соединения 230 регулировать высокий уровень осевого напряжения на удлинительной трубе 234.
[00085] В порядке сокращения температурной нагрузки на вторичные компенсаторы наклона 254, 255, устройство изолирования давления 250 содержит верхнюю термическую заградительную втулку 256, расположенную на нижнем развальцованном конце 245 внутренней трубы 251, и нижнюю термическую заградительную втулку 257, расположенную на внешнем развальцованном конце 246 вставки удлинительной трубы 252. Термические заградительные втулки 256, 257 изготовлены из материала с низкой удельной теплопроводностью, такого как железоникелехромовый сплав или полиэфирный эфир оксикетона. Термические заградительные втулки 256, 257 образуют также шаровое шарнирное соединение с центрирующим кольцом 258.
[00086] Центрирующее кольцо 253 разделено на полусферическую верхнюю половину 258 и полусферическую нижнюю половину 159 таким образом, что две половины центрирующего кольца могут быть сварены друг с другом вокруг термических заградительных втулок 256, 257 после формования вторичных компенсаторов наклона 254, 255. Если верхний вторичный компенсатор наклона 254 сформован, эластомер верхнего вторичного компенсатора наклона 254 становится прикрепленным к верхней половине 258 центрирующего кольца и прикрепленным к нижнему фланцу 245 внутренней трубы 251. Если формуется нижний вторичный компенсатор наклона 255, эластомер нижнего компенсатора наклона 255 становится связанным с нижней половиной 259 центрирующего кольца 253 и связанным с верхним фланцем 246 вставки удлинительной трубы 252. Затем верхняя термическая заградительная втулка 256 помещена во внутреннюю трубу 251, а нижняя термическая заградительная втулка 257 помещена во вставку удлинительной трубы 252. Затем верхняя термическая заградительная втулка 256 помещена в нижнюю термическую заградительную втулку 257 таким образом, что верхняя половина 258 центрирующего кольца 253 соединяется с нижней половиной 259 центрирующего кольца и приваривается к нижней половине центрирующего кольца, образуя сварное соединение 260.
[00087] Когда первичный компенсатор наклона 241 сформован, эластомер первичного компенсатора становится прикрепленным к нижнему опорному кольцу 231 и присоединенным к фланцу 242 наружного кожуха 235 удлинительной трубы 234. Затем вставка удлинительной трубы 252 помещается в кожух удлинительной трубы 235 с тем, чтобы система изоляции давления 250 располагалась на кожухе удлинительной трубы 235. Затем цилиндрическое тело 232 помещается на нижнее опорное кольцо 231, а присоединительный фланец 233 устанавливается на внутреннюю трубу 251 и на цилиндрический корпус 232. Затем болты 249 затягиваются для закрепления цилиндрического корпуса 232 к нижнему опорному кольцу 231, а болты 248 затягиваются для закрепления присоединительного фланца 233 к цилиндрическому корпусу 232. В заключение, вставка удлинительной трубы 252 приваривается к кожуху удлинительной трубы 235, а внутренняя труба 251 приваривается к присоединительному фланцу 233.
[00088] Фиг.15 демонстрирует гибкое трубное соединение 270, подобное гибкому трубному соединению 230 из фиг.14, но содержит два первичных компенсатора наклона 281, 282, которые механически соединены параллельно для управления возросшей осевой нагрузкой на корпус опорной поверхности. Гибкое трубное соединение 270 на фиг.15 имеет корпус 280 и удлинительную трубу 274, выдающуюся из корпуса 280. Корпус 280 содержит нижнее опорное кольцо 271, цилиндрический корпус 272 и присоединительный фланец 273. Удлинительная труба 274 состоит из лейнера удлинительной трубы 275 и кожуха удлинительной трубы 284, приваренного к лейнеру удлинительной трубы 275.
[00089] Нижний первичный затрубный эластомерный компенсатор наклона 281 расположен в корпусе 280 между нижним опорным кольцом 271 и фланцем 285 кожуха удлинительной трубы 284. Верхний первичный эластомерный компенсатор наклона 282 расположен в корпусе 280 между верхним кольцом нагрузки 287 и фланцем 29 кожуха внутренней трубы 286, приваренного к лейнеру внутренней трубы 291. Лейнер внутренней трубы 291 приварен к присоединительному фланцу 273. Верхнее кольцо нагрузки 287 закреплено посредством набора болтов 303 на фланце 285 кожуха удлинительной трубы 284. Нижний вторичный затрубный эластомерный компенсатор наклона 293 расположен в корпусе 280 между нижней половиной 299 центрирующего кольца 292 и верхним фланцем 296 лейнера удлинительной трубы 275. Верхний вторичный затрубный эластомерный компенсатор наклона 294 расположен в корпусе 280 между верхней половиной 298 центрирующего кольца 292 и нижним фланцем 295 лейнера внутренней трубы 291. Верхняя половина 298 центрирующего кольца 292 прикреплена посредством экваториальной сварки 300 к нижней половине 299 центрирующего кольца 292.
1
2
2
1
[00090] Нижний вторичный компенсатор наклона 293, верхний вторичный компенсатор наклона 294, нижний первичный компенсатор наклона 281 и верхний первичный компенсатор наклона 282 имеют общий центр вращения 283. Нижний вторичный компенсатор наклона 293 и верхний вторичный компенсатор наклона 294 установлены в коаксиальном положении на противоположных сторонах от общего центра вращения 283, а нижний вторичный компенсатор наклона 293 и верхний вторичный компенсатор наклона 294 расположены от общего центра вращения 283 на общем внутреннем радиусе (R). Нижний первичный компенсатор наклона 281 и верхний первичный компенсатор наклона 282 также установлены в коаксиальном положении на противоположных сторонах от общего центра вращения 283, а нижний первичный компенсатор наклона 281 и верхний первичный компенсатор наклона 282 расположены от общего центра вращения 283 на общем внешнем радиусе (R). Внешний радиус (R) больше, чем внутренний радиус (R).
[00091] Нижний и верхний вторичные компенсаторы наклона 293,294 механически присоединены последовательно между корпусом 280 и удлинительной трубой 274. Каждый из нижних первичных компенсаторов наклона 281 и верхний первичный компенсатор наклона 282 механически присоединены к корпусу 280 и удлинительной трубе 274 параллельно последовательности сочетания нижнего и верхнего вторичных элементов 293, 294. Верхний и нижний вторичные компенсаторы наклона 292, 294 имеют фактически ту же структуру и форму. Следовательно, угловое смещение (θ) удлинительной трубы 274 относительно корпуса 280 вокруг общего центра вращения 283 вызывает угловое смещение (φ) центрирующего кольца 292 относительно корпуса 280 вокруг общего центра вращения 283, что представляет собой половину углового смещения (θ) удлинительной трубы 274 относительно корпуса 280 вокруг общего центра вращения 283.
[00092] Верхний и нижний первичные компенсаторы наклона 281, 282 не должны иметь один и тот же размер или состав, но вторичные компенсаторы наклона 293, 294, как правило, одной и той же конструкции и формы. Осевое растяжение на удлинительной трубе 274 относительно корпуса 280 помещает каждый из первичных и вторичных компенсаторов наклона 281, 282, 293, 294 под сжатие.
[00093] Так как первичные компенсаторы наклона 281, 282 механически соединены параллельно друг другу, их осевое и угловое смещение являются одинаковыми, а так как первичные компенсаторы наклона 281,282 механически соединены параллельно друг другу и параллельно первичным компенсаторам наклона посредством лейнера удлинительной трубы 275 удлинительной трубы 274, осевое и угловое смещение каждого из вторичных компенсаторов наклона 293, 294 представляют, приблизительно, половину таковых лейнера удлинительной трубы 275 или удлинительной трубы 274, или первичных компенсаторов наклона 281, 282. Эта особенность исполнения позволяет подгонять под размер первичные компенсаторы наклона с тем чтобы переносить большую часть общей осевой нагрузки, возникающей из растяжения, на удлинительную трубу 274 и давление флюида, действующее на блок вторичных компенсаторов наклона 293, соединенных с удлинительной трубой 274, ограничивая, таким образом, степень сжатия эластомерных прокладок вторичных компенсаторов наклона 293, 294, и увеличивая, за счет этого, их эксплуатационный ресурс и ресурс гибкого трубного соединения 270.
[00094] Верхний лейнер теплового экрана 301 расположен на лейнере внутренней трубы 291, а нижний лейнер теплового экрана 302 расположен на лейнере удлинительной трубы 275.
1
2
1
2
[00095] Фиг.16 демонстрирует гибкое трубное соединение 270 после углового смещения (9) удлинительной трубы 274, примерно, на 20 градусов относительно корпуса 280. Полученное угловое смещение (φ) центрирующего кольца 292 составляет, примерно 10 градусов. Варианты первичных и вторичных компенсаторов наклона 281, 282, 293, 294 без деформации представлены линиями воображаемого контура для изображения полученной угловой деформации (δ) вторичных компенсатор наклона 293, 294 и полученной угловой деформации (δ) первичных компенсаторов наклона 281, 282. Следовательно, показано, как полученная угловая деформация (δ) вторичных компенсаторов наклона 293, 294 значительно меньше, чем угловая деформация (δ) первичных компенсаторов наклона 281, 282.
[00096] Выше было описано гибкое соединение, имеющее два затрубных эластомерных компенсаторов наклона, установленных в коаксиальном положении на внутренний радиус от общего центра вращения, и как минимум, один затрубный эластомерный компенсатор наклона расположен на внешнем радиусе от общего центра вращения. Компенсаторы наклона на внутреннем радиусе механически соединены в последовательности между удлинительной трубой и корпусом гибкого трубного соединения, а компенсатор наклона внешнего радиуса соединен параллельно с последовательной комбинацией компенсаторов наклона на внутреннем радиусе. Следовательно, в предпочтительном случае два компенсатора наклона на внутреннем радиусе, обладающие приблизительно тем же размером, той же формой и структурой, каждый компенсатор наклона на внутреннем радиусе имеет угловое смещение, которое представляет собой половину смещения компенсатора наклона внешнего радиуса. Поэтому компенсаторы наклона на внутреннем радиусе могут испытывать дополнительную нагрузку давления или нагрева.