CN100554750C

CN100554750C - 液压卡爪式管道联接器

Info

Publication number: CN100554750C
Application number: CNB2008100645627A
Authority: CN
Inventors: 王立权; 时黎霞; 张岚; 邢晓冬; 关俊锋
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2028-05-23
Also published as: CN101290082A

Abstract

本发明提供的是一种液压卡爪式管道联接器。它包括由底板、下部壳体、上部壳体、联接环板连接构成的外壳，管道联接体安装在联接环板上，管道联接体上开有圆柱孔，卡爪上的卡爪轴位于管道联接体上的圆柱孔中，卡爪的尾部通过弹簧安装在管道联接体外，卡爪的尾部带有卡爪尾部锥面、另一端带有与海底原有管道连接面相匹配的连接面，液压缸安装在底板上，液压缸的双作用活塞上安装驱动环，驱动环上设置有与卡爪尾部锥面相配合的驱动环张开锥孔。发明定位准确、转动灵活、密封可靠。本发明能实现深水海底管道之间及管道与井口之间的自动可拆式垂直联接、水平联接和跨接，在深海油气田开发中具有广阔的应用前景。

Description

液压卡爪式管道联接器

(一)技术领域

本发明涉及一种管道连接装置，具体地说是一种遥操纵海底管道联接器。

(二)背景技术

卡爪式管道联接器常用于提供管道或其它管件之间的远程驱动联接。目前在一些公开资料中能够找到的与本发明申请比较相关的报道是美国专利申请号为4153278的专利文件中公开的技术方案。

美国专利申请号为4153278的专利文件中的技术方案的动力源由液压缸提供，液压缸活塞带动驱动环上下运动，从而使卡爪转动实现开合，闭合时，一种型式是卡爪内侧上部和下部为部分球面孔与相配合管道端法兰的球面相配合，实现联接，另一种型式是卡爪内侧上部锥孔与相配合管道端法兰的锥面配合，下部为部分球面孔与相配合管道端法兰的球面相配合，实现联接转动时均存在冲击、不灵活问题；管道联接体与海底管道之间为双锥面密封，采用弹簧固定，定位不准确，水域更深可以改进密封结构。

另一份美国专利申请号为4730853的专利文件中公开的技术方案与上述专利文件中的技术方案相比，增加了指示标可以指示联接的开合状态；管道对准靠管道接触锥面引导；卡爪的形状有所改变。

还有一份美国专利申请号为4708376的专利文件中的技术方案与美国专利申请号为4730853的专利文件中的技术方案相比，联接器底部增加了密封板，防止杂物进入联接器；卡爪的形状有所改变，对管道外径不同时局部结构又有所变化，但适配件与卡爪本体圆柱面配合，存在应力集中。

无论是美国专利申请号为4730853中的技术方案和还是美国专利申请号为4708376的专利文件中公开的技术方案均未解决与美国专利申请号为4153278的专利文件中的技术方案的缺点。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种可以解决深水海底管道自动联接，卡爪定位准确、转动灵活，能改善应力状况，密封可靠的液压卡爪式管道联接器。

本发明的目的是这样实现的：它包括由底板、下部壳体、上部壳体、联接环板连接构成的外壳，管道联接体安装在联接环板上，管道联接体上开有圆柱孔，卡爪上的卡爪轴位于管道联接体上的圆柱孔中，卡爪的尾部通过弹簧安装在管道联接体外，卡爪的尾部带有卡爪尾部锥面，卡爪的另一端带有与海底原有管道连接面相匹配的连接面，管道联接体上安装有双锥环，双锥环上设置有O形圈，液压缸安装在底板上，液压缸的双作用活塞上安装驱动环，驱动环上设置有与卡爪尾部锥面相配合的驱动环张开锥孔。

本发明还可以包括：

1、在底板内侧安装有引导圆筒，在底板外侧安装有引导锥形筒。

2、引导锥形筒外壁与底板之间设置有加强肋。

3、驱动环上安装有指示标，指示标穿过联接环板且与联接环板之间设置有O形圈。

4、卡爪的一端带有的与海底原有管道连接面相匹配的连接面是与海底原有管道法兰锥面相配合的卡爪夹紧锥孔。

5、卡爪的一端带有的与海底原有管道连接面相匹配的连接面是与海底管道端匹配槽相配合的、设置在卡爪适配件上的卡爪适配件夹紧爪，卡爪适配件固定在卡爪上。

本发明的联接器，上部与待联接管道螺栓联接，下部与海底管道通过卡爪联接。包括数个卡爪，卡爪一端具有独特的轴结构，另一端带有与海底管道端法兰锥面相配合的锥孔。卡爪的轴布置在管道联接体中的相应的数个圆柱孔中，并用弹簧兜住，驱动环环绕安装在卡爪背部，另与液压缸活塞相连，同时对卡爪起支撑作用。当活塞伸出时，驱动环相对管道联接体向上运动，推动卡爪尾部绕卡爪轴的轴线转动，使卡爪处于张开状态；当活塞缩回时，驱动环相对管道联接体向下运动，推动卡爪背部绕卡爪轴轴的线转动，最终驱动环的锥孔与卡爪的背部锥面配合，使卡爪锥孔锁紧在海底管道的锥面上，从而完成管道的联接，同时实现载荷的传递。

本发明独特的卡爪结构，解决了原有卡爪定位不准确、转动不灵活的问题，使卡爪结构更为简单、灵巧。并设计了与多种管件端部形状匹配的适配件，使联接的用途更广。

联接器与海底管道端面密封采用双锥环本体和O形圈组合密封的形式，并预先经螺钉联接在管道联接体上。本发明比原有密封在双锥面密封本体上设置了O形圈，增强了深水密封的可靠性。

管道对准是靠与焊在底板上的引导锥形筒实现的，使深水对中更加便利。

驱动环由液压缸驱动，液压缸易于拆卸和更换。

本发明可以解决深水海底管道自动联接；解决了卡爪定位准确、转动灵活的问题，以降低原有卡爪运动中的冲击；通过改进卡爪联接器实现与多种管件端部形状匹配，并且适配件与卡爪本体通过圆环轴配合，可以改善应力状况；密封件采用了双锥本体和O形圈组合的密封形式，提供更为可靠的密封。本发明能实现深水海底管道之间及管道与井口之间的自动可拆式垂直联接、水平联接和跨接，在深海油气田开发中具有广阔的应用前景。

(四)附图说明

图1是管道端面相同时的联接器锁紧后的联接剖视图；

图2是管道端面相同时、海底原有管道16拆下后，联接器处于打开状态的剖视图；

图3是双锥密封部位局部放大图；

图4是管道端面不同时夹紧配合部分的局部剖视图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1至图3，主要包括：待联接管道1、螺栓2、金属八角垫或椭圆垫3、管道联接体4、弹簧5、卡爪轴6、圆柱孔7、卡爪背部锥面8、驱动环锁紧锥孔9、O形圈10、双锥环11、螺钉12、卡爪13、卡爪夹紧锥孔14、海底原有管道法兰锥面15、海底原有管道16、螺钉17、引导锥形筒18、加强肋19、螺钉20、O形圈21、底板22、引导圆筒23、下部壳体24、液压缸25、螺钉26、O形圈27、双作用活塞28、驱动环29、指示标30、螺钉31、上部壳体32、螺钉33、O形圈34、联接环板35、O形圈36、驱动环张开锥孔37、卡爪尾部锥面38、螺栓39、O形圈40。

其中联接器不包括待联接管道、金属八角垫或椭圆垫及海底原有管道，包括：管道联接体4，其上表面经螺栓2联接到待联接管道1上，待联接管道1和管道联接体4之间采用金属八角垫或金属椭圆垫3进行密封。

管道联接体4的下表面设有密封结构，见图3，本体是双锥环11，其上设有O形圈10，靠螺钉12使双锥环11向外延伸的环板部分固定在管道联接体4上，使密封件定位准确，以防损伤密封面。靠双锥环的锥面分别与与管道联接体4和海底管道16的内部锥孔形成密封，O形圈10又增加了一道密封防线。

引导锥形筒18焊接到底板22上，使联接器与海底原有管道16对准，加强肋19起到增加引导锥形筒18刚性的作用。引导圆筒23经螺栓17联接到底板22上，完成联接器与海底原有管道16对准之后的接合。

管道联接体4上周向均布开有数个圆柱孔7，容纳结构独特的卡爪13的卡爪轴6，弹簧5对于卡爪轴6置于管道联接体4上圆柱孔7中起到辅助定位作用。

驱动环29包围在卡爪13背部周围，靠螺钉31固定在双作用活塞28的端部，同时对卡爪13起支撑作用。

联接环板35靠螺栓39固定在管道联接体4。上部壳体32经螺栓33固定在联接环板35上。

下部壳体24经螺钉26联接到上部壳体32。底板22支撑液压缸25，下部壳体24和引导圆筒23对液压缸25有轴向限位作用。

指示标30螺纹联接到驱动环29上，显示联接器的开合状态。

所有O形圈均起密封作用。

卡爪13一端具有独特的轴结构卡爪轴6，另一端有卡爪夹紧锥孔14与海底原有管道法兰锥面15相配合。当双作用活塞28缩回时，驱动环29相对管道联接体4向下运动，推动卡爪13背部绕卡爪轴6的轴线向内转动，最终驱动环29的驱动环锁紧锥孔9与卡爪背部锥面8配合，使卡爪夹紧锥孔14锁紧在海底原有管道法兰锥面15上，从而完成管道之间的联接，同时实现载荷的传递，驱动环29的驱动环锁紧锥孔9与卡爪背部锥面8的半锥顶角小于等于5.7°，使配合面具有自锁功能；当双作用活塞28伸出时，驱动环29相对管道联接体4向上运动，驱动环29上的驱动环张开锥孔37推动卡爪尾部锥面38绕卡爪轴6的轴线向外转动，使卡爪13处于张开状态，见图2。

结合图4，若海底管道116端无法兰锥面，带有海底管道端匹配槽115，则将带有圆环孔的卡爪适配件41与卡爪本体件113的下部圆环轴配合，并用螺钉42固定。使联接器处于张开的原理同上，使联接器锁紧是通过使适配件夹紧爪114锁紧在海底管道端匹配槽115上，从而完成管道的联接，同时实现载荷的传递。

Claims

1、一种液压卡爪式管道联接器，它包括由底板、下部壳体、上部壳体、联接环板连接构成的外壳，它还包括管道联接体，其特征是：管道联接体安装在联接环板上，管道联接体上开有圆柱孔，卡爪上的卡爪轴位于管道联接体上的圆柱孔中，卡爪的尾部通过弹簧安装在管道联接体外，卡爪的尾部带有卡爪尾部锥面，卡爪的另一端带有与海底原有管道连接面相匹配的连接面，管道联接体上安装有双锥环，双锥环上设置有O形圈，液压缸安装在底板上，液压缸的双作用活塞上安装驱动环，驱动环上设置有与卡爪尾部锥面相配合的驱动环张开锥孔。

2、根据权利要求1所述的液压卡爪式管道联接器，其特征是：在底板内侧安装有引导圆筒，在底板外侧安装有引导锥形筒。

3、根据权利要求2所述的液压卡爪式管道联接器，其特征是：引导锥形筒外壁与底板之间设置有加强肋。

4、根据权利要求3所述的液压卡爪式管道联接器，其特征是：驱动环上安装有指示标，指示标穿过联接环板且与联接环板之间设置有O形圈。

5、根据权利要求1-4任何一项所述的液压卡爪式管道联接器，其特征是：卡爪的一端带有的与海底原有管道连接面相匹配的连接面是与海底原有管道法兰锥面相配合的卡爪夹紧锥孔。

6、根据权利要求1-4任何一项所述的液压卡爪式管道联接器，其特征是：卡爪的一端带有的与海底原有管道连接面相匹配的连接面是与海底管道端匹配槽相配合的、设置在卡爪适配件上的卡爪适配件夹紧爪，卡爪适配件固定在卡爪上。