Coupler to be operatively connected between the buoy and the floating container for hydrocarbon production

本発明は、水中ブイを貫通する少なくとも１つの流体通路と炭化水素を製造するための浮動容器上のパイプシステムとの間を相互連結する回転連結器であって、互いに軸方向に導入または引抜かれることができる雌部材および雄部材から構成されると共に、前記雌部材がブイに永久的に固定されている形式の一対の協働流体移送スイベル部材と、雄部材の一部分を形成すると共に、電気動力と電気制御信号および液圧制御信号を移送するよう構成された電気液圧式スイベルとを有し、前記スイベル部材がその下端部において、スイベルおよびブイからのそれぞれの動力、信号および液圧の各ラインを相互連結するための協働連結器部分を備えている回転連結器に関する。
前記形式の協働スイベル部材を有する回転連結器または結合装置は、例えば、ノルウェーの特許出願第９３２４６０号から公知である。 前記出願には、水中ブイに対し迅速に連結または開放されるよう構成された容器手段によって炭化水素を沖合で製造するシステムが開示されており、ここで前記ブイは、このブイに向け上向きに延在される多数のライザに連結される底部固体の中央部材と、前記中央部材上に回転可能に装着されると共に水中下向き開口の容器内受入れスペースに導入且つロックされることができる外側浮き部材とからなる形式に構成されている。 ブイの上端部には、前記形式の回転結合器またはスイベル装置が設けられ、ここでスイベル部材は、スイベル部材内の協働流体通路と連通する相互シールの環状スペースまたは環状室を画定しており、プロセス流体および可能な注入流体がライザと容器内パイプシステムとの間で移送される。 雌スイベル部材がブイの中央部材に永久的に固定される一方、雄スイベル部材が容器上の操作手段に連結されることにより、両スイベル部材が操作手段によって相互に導入および引抜かれることができ、両スイベル部材が前記環状室を相互連結状態で画定する。 環状室の各川部には、圧力流体手段で作動されることができるシール手段が設けられて環状室間のシールを形成し、前記シールは、両スイベル部材が互いから分離される場合には開放されることができる。
先に述べたように構成される電気液圧式スイベルは、前記特許出願には開示されていない。 しかしながら、この種の装置は、先に述べたような連結器の発展および製造につれて、市場では最近公知となっている。 この公知の装置においては、電気液圧式スイベルは、その装置の下端部に設けられると共に、その電力は中位の電圧、すなわち、１０００ボルト・オーダで移送するように構成されている。 しかしながら、前記形成の製造容器による操作においては、公知の連結器におけるよりも実質的に高い、例えば、１０〜１２ＭＶＡまたはそれ以上の電力移送が望まれる。 対応する電圧および電流値は、３相トランスミッションにおいて、約１１ｋＶおよび６００Ａまたはそれ以上となる。 このような高電力を移送する電気液圧式スイベルは、公知の連結器で許容されるスペースより大きなスペースを必要とする。 しかも、公知の装置は、顧客に応じた特別な要求および必要を満たす可能性において、十分な融通性を有しない。 更に、当該作業環境の保安要求を満足させるためには、爆発事故を防止するための特別な予防策を必要とする。
従って、本発明の目的の１つは、高電力を移送することができる電気液圧式スイベルを備え、しかも構造が使用者の適用に対して大きな融通性を有すると共に全体的構成がコンパクトで且つ操作的にも安全である回転連結器を提供することにある。
上記目的は、先に述べたような形式の回転連結器であって、本発明の特徴、すなわち、電気液圧式スイベルが、雄スイベル部材の頂部に配置されると共に高電力および制御信号を移送するための滑りリング装置を有し、且つ、雌および雄スイベル部材が、互いに挿通可能であると共に、それぞれの水中結合器の部分を形成する協働連結器部分を備えた結合ディスクを有するコップ状のハウジング部材を含み、前記ハウジング部材が、水中の結合器の水中操作のために水を充填されるように構成される特徴を有する回転連結器によって達成される。
電気液圧式スイベルを回転連結器の最上部に配置することにより、顧客の特定の要求に応じることをできるだけ可能にする融通的な構成が得られる。 すなわち、同時に供給することができる電力量、“消費者”の数などの点で、高い融通性が得られる。 水充填ハウジング部材および水中結合器からなる前記構成手段によって、爆発安全装置が達成され、構成要素が低表面温度に保持され、従って、当該操作環境で発生し得る爆発危険性ガスの発火による爆発の危険から身を守ることができる。
次に、本発明の一実施例を添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。 図において、
図１は、本発明に係る回転連結器を装着したブイの上端部を示す軸方向長手断面図であり、
図２は、図１に示すブイと連結器との拡大断面図であり、
図３は、電気液圧式スイベルの一実施例を示す軸方向断面図であり、
図４および５は、水中結合器の雄部材および雌部材をそれぞれ示す、それぞれ一部側面および一部長手方向断面図である。
図１に示すブイは、先に述べたような形式のものであって、底部固定の中央部材と外側の浮き部材２とからなり、前記浮き部材は、中央部材上に回転可能に装着されて、浮動制御容器内の水中吸収スペース（図示せず）内へ導入且つ解放可能に固定されるよう意図されている。 ブイの上端部に取付けられる回転連結器または結合装置は、ブイの中央部材１に対して永久的に固定される雌部材３と、前記雌部材に対して操作手段５によって軸方向へ挿入または引出されることができる雄部材４とからなる形式の、一対の協働スイベル部材から構成されている。
図２の拡大図に更に詳細に示すように、スイベル部材は、雌部材３内の一対の流体経路すなわち流体通路７と雄部材４内の一対の流体通路８とに連通する環状スペースすなわち環状室６を画定し、これにより、ブイの中央部材１内を貫通延在する移送パイプ９と容器上のパイプ・システム（図示せず）との間でプロセス流体を移送する。 移送パイプ９が、下端部において、ブイに連結されるライザ（図示せず）に連結されることは明らかであろう。 図示する実施例では２つの平行流体経路が使用されているが、これは流体通路８の直径を、雄のスイベル部材内で１つの通路を使用する場合に比べ小さくし、流動容量を充分にするためである。
理解されるであろうが、図示する実施例は、１つだけのプロセス流体を連結器内で移送すべき場合を意図している。 幾つかの流体を移送すべき場合、例えば、水注入が当該貯蔵部内で要求される場合等には、連結器は、当該要求に対応するだけの数の環状室、流体通路およびシール手段が備えられる。
図１から明らかなように、ブイの中央部材内には、ブイの上端部のフランジ連結部内へ伸長するパイプ伸長材１０が設けられている。 前記パイプの伸長材は、検査および保守目的のために、ブイに連結されているライザ内へ壺を導入する壺入れ用に構成されている。 前記壺入れパイプ１０も、移送パイプ９と同じく、液圧アクチュエータ１２手段で作動され得る閉鎖バルブ１１を有する。
環状室６の各側部上において、雄部材４は、雌スイベル部材３を静的にシールする静的シール手段を備える半径方向へ移動可能なリング要素１３を受入れる円周方向環状溝を有すると共に、前記リング要素１３と前記環状溝の側壁との間をシールする動的シール手段を有する。 シール手段は、プロセス流体圧よりも高圧のバリア流体手段によって液圧的に操作されることができる。 この構成の構造的な実施例およびその操作方法の詳細な説明は、先に述べた特許出願第９３２４６０号を参照されたい。
前述したように、雄スイベル部材４は、雌スイベル部材３に対し操作手段５によって導入または引出されることができる。 この操作手段は、リングフランジ１４で支持される入れ子式液圧シリンダ形式からなり、前記シリンダに対しては、雄スイベル部材４を滑動可能に装着される案内スリーブ１５が固定されている。 リングフランジ１４は、雄スイベル部材が雌スイベル部材から引上げられる際に雄スイベル部材を受入れる防護ハウジング１６を支持している。 その上端部において、防護ハウジングがクレーン（図示せず）に結合され、そしてこの手段によって、ハウジング１６が案内スリーブ１５および前記ハウジング内へ引上げられる雄スイベル部材４と共に、（ブイが、容器内の収容スペース内へ導入されるべき場合には）ブイの上方スペースから移動され、一方、（スイベル部材が相互連結されるべき場合には）雌スイベル部材３上方の所定位置へ導入されることができる。
明らかなように、雌スイベル部材３は、その上端部に回転可能に装着される保持リング１７を有し、案内スリーブ１５の下端部は、下向きに傾斜されていて前記保持リング１７内へ導入されるよう適用される。 雄スイベル部材が雌スイベル部材内へ導入されるべき際には、先ず、ハウジング１６と案内スリーブ１５が雌部材上方の略中心位置へ下降され、そして案内スリーブが保持リング１７内の対接位置へ導入される。 その後、案内スリーブが、保持リングに対し、案内スリーブの外側に締結される液圧ロック・シリンダ１８からなるロック手段によってロックされる。 これにより、スイベル部材相互間の正確な位置決めが確保され、雄部材が安全且つ穏やかに導入および引抜かれると共に、スイベル部材の寸法的公差も最少に保持されることができる。
留意されるべきは、流体通路８が、図示される環状室１９および案内スリーブ１５内の協働通路２０を介して、容器上の前記パイプ・システムに可撓ホース（図示せず）で接続されていて、雄スイベル部材の上記操作に関連する案内スリーブの移動を許容することである。 更に、環状室１９の両側部上には、液圧的に作動されるシール２１が設けられていて、雄部材が雌部材内の所定位置へもたらされた際に雄スイベル部材と案内スリーブの間を静的にシールすることも留意されるべきある。
図１に示すように、回転結合装置すなわち“連結器”は、雄スイベル部材の部分を形成するようその頂部に配置される電気液圧式スイベル３０を有する。 このスイベルは、それ自体のために、電力を製造容器から当該海中装置へ伝達し、更に全ての必要な電気制御信号および液圧制御信号を前記海中装置へ伝達しなければならない。 また、このスイベルは、水面および水中の双方において、電力および／または電気制御信号および液圧制御信号を、別の装置から容器に伝達するのに使用されることが想定される。
図３に、電気液圧式スイベル３０の一実施例を、その長手方向断面図で略図的に示す。 このスイベル構造は、商業的に利用され、カナダ国ノバスコシア州のフォーカル・テクノロジーズ・インコーポレイテッド（Focal Technologies Inc.）から販売されている。 前記スイベルは、高い電力を伝達するように構成され、この図示例においては、先に述べたような電圧および電流値（１１ｋＶ／６００Ａ、すなわち、約１１．４ＭＶＡ）を３相で伝達するよう構成されている。
前記スイベルは、原則的に、作動時には雌スイベル部材３に固定されているためブイの中央部材１に対しては静止している中央の中空“コラム部材”３１と、雄スイベル部材４の頂部の担持フランジ３４に固定されている下部底板３３を有する外側のカバー部材３２とからなり、従って前記カバー部材は、作動時には容器に対し静止している。 図示されるように、カバー部材３２は、一対の軸受３５および３６手段によってコラム部材３１上に回転可能に装着されている。
コラム部材３１は、カバー部材３２内において、中間断熱リング３８手段によって相互に断熱されている３つの滑りリング３７（１つだけが図示されている）からなる滑りリング装置を有する。 各滑りリングに対しては動力ケーブル３９が連結されており、前記動力ケーブルは、更に後述されるが、コラム部材３１内の中央通路を降下し更に雄スイベル部材内を降下する。 容器からの動力ケーブルは、それぞれの湾曲パイプ・ソケット４０を介してカバー部材内へ導入され、前記湾曲パイプ・ソケットは、カバー部材の底板３３下面に９０°の相互角度間隔で固定されているもので、すなわち、４つのパイプ・ソケットが設けられていて、その中の３つが動力ケーブルとして使用されている。 動力ケーブル４１の１つだけが部分的に図示されており、そしてこれが、接点部品４２を介して協働滑りリング３７に接触している。
図３には、電気制御信号の滑りリングは示されていない。 その代りに、図示されるスイベルは、繊維光学信号を伝達する滑りリング手段４３を有する。 この手段は、カバー部材３１に固定される支持部材４４を有すると共に、図示実施例では、一対の繊維光学滑りリング４５を有する。 図には、繊維光学ラインは示されていない。
スイベル３０は油充填および圧力補償されており、また、スイベルへ導入される電力ケーブルは油充填ホース内で担持される前提となっている。 前記ケーブルは、実際は接続箱（図示せず）から導入され、前記接続箱は、容器ケーブルを介して高圧配電盤に対し電力スイッチで接続されている。 また、電気液圧式スイベルは、液圧信号を伝達するため、および回転連結器の部分を形成する前述したシール手段を加圧するための液圧通路を有する。 図示実施例では、４つの通路が設けられており、それぞれの通路は、コラム部材３１を包囲してカバー部材の底板３３に固定されている円筒形移行部材５１を半径方向へ貫通延在する通路５０と、コラム部材を貫通延在してその下側へ出口する協働環状室および軸方向通路５２とから構成されている。 前記通路は、図２中に破線だけ図示されている液圧ライン５３へ接続される。
図２に示すように、雌および雄スイベル部材３および４は、それぞれ、相互に挿通可能なコップ状のハウジング部材６０および６１を含む。 前記ハウジング部材の下側底部部分は、それぞれ結合ディスク６２および６３として形成され、電気液圧式スイベル３０からのケーブルおよびラインを、ケーブル・ハンガ６７（図１参照）に終端する海中ケーブル６６と連結器との間にあるブイの中央部材１を貫通して延在する対応ケーブルとライン６４および６５に相互接続するための協働接続部材を有する。
電気液圧式スイベル３０からの電力ケーブルおよび異なる電気および／または繊維光学信号ラインは、上端部をスイベル３０のコラム部材３１の下端部に固定されている雄スイベル部材４内の中央軸方向通路６９を貫通延在するケーブル・チューブ６８を介して、雄スイベル部材４内を降下されている。 前記チューブは、その下端部において一対のホース７０および７１に連通しており、その中の１つのホース７０は、動力ケーブルを収容して接続器７２の上部部分に接続され、一方、別のホース７１は、信号ラインを収容して接続器７３の上部部分に接続されている。 ケーブル・チューブ６８およびホース７０および７１も、電気液圧式スイベルと同じく油充填されており、前記チューブおよびホースはスイベルに流体接続されている。
図１および２においては、明瞭に示すため、電力ケーブルに対する接続器７２の１つのみが図示されているが、実際は、高出力（１１ｋＶ／６００Ａ）の３相電力伝達の場合には３つのホースおよび接続器が設けられるものである。 低出力（３．３ｋＶ／１２５Ａ）に対しては、３相ケーブルが各ホース７０に担持され、そして接続器も３相とされるであろう。
電気液圧式スイベルからの液圧ライン５３に関しては、これらラインは、ケーブル・チューブ６８外側の雄スイベル部材の軸方向通路６９内に担持され、液圧結合器７４に接続される。 これらのラインには、また、回転連結器の部分を形成するシールを加圧するためのブランチ（図示せず）を設けることもできる。
協働する連結器部材間の接触は、雄スイベル部材４が雌スイベル部材３内へ挿入される際に、結合ディスク６２および６３が制御状態で同時動作されることによって達成される。 前記結合ディスクが同時動作される際に、これら結合ディスクの正確な相互方向を確保するために、ハウジング部材６０および６１の側壁には、ハウジング部材６０の側壁に弾力的に配置され、かつ、ハウジング部材６１の側壁外面に配置された螺旋溝７６に係合される突片７５からなる案内手段が設けられている。 相互結合動作の最終段階の間に、結合ディスク６２が、一方のディスク上の一対の案内ピン（図示せず）を介して正確な位置に案内され、前記案内ピンは、他方のディスク内の対応穴（同じく図示せず）内に導入される。 このようにして、連結器部材の正確な相互結合位置が、ブイが引入れられて容器の受入れスペース内にロックされる位置とは無関係に確保される。
スイベル部材３および４の相互連結位置において、ハウジング部材６０および６１が結合ディスクを介して相互ロックされる。 ブイの中央部材回りにおいて起こり得る容器の回転の場合に、雄スイベル部材の回転を許容するために、ハウジング部材６１は雄スイベル部材上に回転可能に装着されている。 このことは、ハウジング部材６１と、雄スイベル部材の下端部に固定される包囲支持フランジ７９との間に設けられる一対の軸受７７および７８手段によって達成される。
前述したように、本装置における連結器は水中結合器から構成され、先に述べたような利点を伴う。 従って、ハウジング部材６０および６１は、操作の間は水で充満されるであろう。 ハウジング部材６１内の水位ＷＬを制御するため、前記ハウジング部材上端部には水検出器８０が設けられ、前記検出器は、ケーブル・チューブ６８の下端部上に装着されている。
電力ケーブルおよび電気／光学信号ケーブルに対する水中結合器は、２つのユニット、すなわち、上部結合ディスク６２上に装着されるプラグ部材と、下部結合ディスク６３上に装着されるソケット部材とから構成される。 すなわち、図２において、電力ケーブルに対する結合器７２はプラグ部材８１とソケット部材８２から構成され、一方、電気／光学制御信号に対する結合器７３はプラグ部材８３とソケット部材８４から構成されているのが図示されている。
電力伝達用の水中結合器７２の一実施例を、図４および５に更に詳細に示す。 すなわち、図４にはプラグ部材８１を示し、一方、図５にはソケット部材８２を示す。 図示された結合器は、商業的に利用され、英国のトロニック・エレクゴロニック・サービシズ（Tronic Electronic Services）社から販売されている。 従って、前記結合器は公知の設計であり、幾つかの主要要素のみを説明する。
図４に示すように、電気液圧式スイベル３０からのケーブルの端部８５は、プラグ部材内へ挿通され、ケーブルナット８６およびクランプスリーブ８７手段によって保持される。 ケーブルの露出導線端部は、端末スリーブ８８内に保持され、ソケット接点８９に接続される。 ソケット接点は、いわゆるシャトルピン９０を収容し、前記シャトルピン９０は、ばね９１によって（プラグ部材がソケット部材から解放されている際に）シャトルピンの外側端部がシール９２を通過する外側位置へ付勢される。
ブイからのケーブル６４の端部９３は、ソケット部材８２内へ導入され、ケーブルナット９４およびクランプスリーブ９５手段によって保持される。 ケーブルの露出導線端部は、端末スリーブ９６内に保持され、接点ロッド９８を介して接点ピン９７に接続される。 プラグ部材がソケット部材内へ導入されると、接点ピン９７がソケット接点８９と係合され、シャトルピン９０が、ばね９１を収容するハウジング内へ押込まれる。
プラグおよびソケット部材は、共にシリコンゲルを充填され、圧力補償される。 充填および排気のために、プラグ部材は充填および排気ねじ９９を有し、一方、ソケット部材は対応する充填および排気ねじ１００を有する。
結合器部材８１および８２の相互連結の間における半径および軸方向公差のために、これら部材は、結合器と共に供給されるばね支持手段内に装着される。 図２に略図的に示されるこの手段は、プラグ部材８１上に配置されるばね負荷ディスク１０１からなり、ディスクの各隅部内に１つずつある３つのクランプボルト１０２手段によって装着されている。