CN103249641B - 具有可释放的夹持模块的连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连接-断开连接装置，包括第一端部接头（4.1）、第二端部接头（4.2）以及多个夹持模块（7），每个所述夹持模块设置为被施加在第二端部接头（4.2）的凸缘的后方并且从所述凸缘的后方移走。每个夹持模块（7）安装为使得夹持模块（7）能够在第二运动下从能够将端部接头（4.1、4.2）彼此贴合保持的保持位置进入不再能够将端部接头（4.1、4.2）彼此贴合保持的分离位置。

Description

具有可释放的夹持模块的连接装置

本发明涉及一种连接装置，该连接装置尤其但不仅仅用于在气体终端和船舶（例如浮动终端）之间运输滨外（广海）的液化天然气（LNG）。用于运输液体的装置中的一者由低温柔性管道形成并通过浮动终端支撑，LNG连接-断开连接器能够使低温柔性管道的端部连接至气体终端。

总的来说，LNG连接-断开连接器（或LNG联轴器/断开器）是一种用于在管道的两个部分之间提供可快速断开连接的装置。

LNG连接-断开连接器尤其包括常规的连接-断开连接装置（通常称为QC/DC），并且还包括紧急断开连接装置（通常称为ERS），所述常规的连接-断开连接装置包括夹持模块，该夹持模块能够保证两个船舶之间的连接，所述紧急断开连接装置能够将管道分成两个封闭的部分，并且包括两个隔离阀，管道由此可以通过套圈开口（collaropening）（通常称为ERC）在所述两个隔离阀之间分离而不损失液体。

所述ERS装置（已由KSB公司和Eurodim公司研制出，见专利EP1405003）尤其包括两个蝶形阀，每个蝶形阀具有阀盘和用于控制枢转的外部设备，所述阀盘围绕枢转轴线在液体的流动横截面的打开位置和闭合位置之间可枢转地安装在端部接头（endpiece）的内部，所述外部设备垂直于管道的轴线延伸且彼此平行。第一蝶形阀安装在第一端部接头的第一端，并且第二蝶形阀安装在第二端部接头的端部，两个蝶形阀的表面转动以彼此面对。所述装置具有十分紧凑和相对较轻的优点，由于处于关闭状态的两个蝶形阀之间的体积较小，这样在紧急断开连接的过程中，故能够确保非常少的液体损失。所述装置的特征尤其在于：在蝶盘的运动过程中蝶盘相互重叠，并且因此两个操纵轴之间的距离较小。

未公开的法国专利申请NO.10/01499和NO.10/01500提出在更轻且更小形式的连接-断开连接器中使用这种ERS（不具有ERC套圈），该连接-断开连接器将QC/DC装置和ERS装置重新组合在同一交界面上，其中传统的QC/DC夹持模块不仅确保常规的连接-断开连接同时确保紧急断开连接。此外，为了在需要运输LNG的柔性管道的端部保证双重密封屏障（doublesealingbarrier），在柔性管道的端部接头中设置有第三蝶形阀。

然而，这些夹持模块是独立的，如果它们中的一个出现故障，则可能阻碍连接-断开连接器的两个端部接头的分离，这样可能在紧急断开连接时造成危险。此外，紧急断开连接装置必须在连接-断开连接器启动后的两秒内启动，而这对于包括多个夹持模块的装置来说是非常难以实现的。因此，本发明的目的在于克服这些缺陷。

本发明的主题是一种连接-断开连接装置，该连接-断开连接装置在单一的分界面上将常规的连接-断开连接和紧急断开连接重新组合，所述连接-断开连接装置包括第一端部接头和第二端部接头以及多个夹持模块，第一端部接头连接至气体终端，第二端部接头连接至柔性管道，每个夹持模块通过支撑件安装在第一端部接头上，并且设置为：在运行模式，随着旋转部件的第一运动，所述夹持模块在连接闭合时将被施加到第二端部接头的凸缘的后方，并且当连接打开时所述夹持模块将从第二端部接头的凸缘的后方移开；在紧急模式，每个夹持模块安装为能够随着第二运动从保持位置移动至分离位置，在所述保持位置，通过保持装置保持的每个夹持模块能够保持端部接头彼此贴合，在所述分离位置，每个所述夹持模块能够不再保持端部接头彼此贴合，其特征在于，第二运动为夹持模块整体的平移运动并且为夹持模块的支撑件使夹持模块朝所述第二端部接头的方向渐渐远离端部接头的轴线移动的运动。

根据本发明，在紧急模式，当处于打开状态时，模块和它的支撑件以单一的单元一起移动，而不是只有模块部分移动，因为对于运动部件的这种细分需要不同的操作，这将产生故障。

在运输海底的液体时，通过柔性管道传递至连接系统的力可能非常大。

在专利US3586350中（图5），卡爪（jaw）51承受将凸缘19相对于主体15的凸缘17保持的全部的力。在牵引力或弯曲力矩（flexingmoment）的情况下，凸缘19将远离凸缘17运动，卡爪51将围绕其枢转轴52沿逆时针方向运动。这样在卡爪51的表面58和滚筒57之间产生非常大的接触力。

如果发生紧急断开连接，活塞64的液压动力源向上驱动活塞64，这将驱动臂53围绕其枢转轴54沿逆时针方向转动，并因此使卡爪51围绕其枢转轴52沿逆时针方向释放，这样能够释放凸缘19。US3586350显示供应到活塞64的液压力将足以克服滚筒57和卡爪51的表面58之间的摩擦力。

然而：

·如上所述，当通过位于汹涌的海面上的柔性管道运输时，所述接触力可能非常大，并且经过长时间后，滚筒57和表面58之间可能出现磨损（matting）。

·活塞64还必须克服弹簧59的压缩力，

·当在-163°C下运输LNG（液化天然气）时，可能形成冰而这将阻碍运动。

这三个因素极大地促进了堵塞的形成，而堵塞将阻碍紧急断开连接的发生，这不利于装置的安全性，而安全性当然是最重要的。

根据本发明：

·夹持模块通过槽和肋的配合而平移，槽和肋可以远离寒冷设置（远离液脉（fluidvein）），

·柔性管道的牵引力便于断开连接（然而专利US3586350中反对这一点）。

优选地，保持装置包括所有模块共有的夹持套圈（clampingcollar），该夹持套圈将每个夹持模块的凸缘夹持在第一端部接头的凸缘上，由柔性管道的主体重量引起第二运动，该第二运动可以通过相对于连接-断开连接器的轴线的水平面显著的倾斜而实现，第一端部接头比第二端部接头高并且两个端部接头以同轴的方式彼此分离。套圈使得夹持模块能够发生平移，并且柔性管道的重量（其作为力源不大可能失效）触发所述平移。

在专利US3586350中，每个夹持模块具有其自己的用于在紧急断开连接时打开卡爪51的装置，该装置尤其通过从泵中引出的液压力由液压柔性管道66、71和72供应至活塞64而打开卡爪51。

实验显示所述装置不能准确地运转。事实上，在每个模块上由凸缘19所传递的力是不同的：例如在两个凸缘之间的弯曲力矩的情况下，一些模块将具有牵引力，其他的模块将具有压缩力。因此在转动时活塞64所需用于驱动臂53旋转的压力在一个模块与下一个模块之间是不同的。假定它们具有相同的液压力源，则在紧急断开连接的过程中，卡爪51将不会同时打开。因此，最后打开的卡爪将具有由凸缘19所传递的全部的力，这将我们带回到第一故障，因为由此将具有阻碍夹持模块打开的趋势。由于位于柔性管道的端部的凸缘的力，所以很可能对卡爪本身造成损坏。在这种情况下，很可能无法实现2秒的紧急断开连接所需的最长时间。

根据本发明的改进，所有模块在同一时间并且在很短的时间内释放，而没有任何堵塞或损坏材料的风险。

通过将常规功能和紧急功能重新组合，连接-断开连接已经具有超出标准的连接-断开连接器的多个优点，例如减小了需要的质量和空间（尤其是在柔性管道的端部），同时还使得单一的压力源能够用于所有的装置，并且通过第三蝶形阀的设置，不仅在常规的断开连接时而且在紧急断开连接后在柔性管道的端部保证了第二密封屏障（sealingbarrier）。

在紧急断开连接时，根据本发明的装置在启动后能够具有比仅由夹持模块组成的装置短得多的响应时间，并且与标准的连接-断开连接器相同，因为它与ERC套圈的打开时间相对应。相比于标准的连接-断开连接器（其通常仅具有单一的用于提供紧急断开连接的装置（ERC套圈）），根据本发明的装置还提供额外的安全性。因此，即使打开ERC型套圈的动作足以确保连接-断开连接器的端部接头的分离，事实上可以将夹持模块的打开和ERC型套圈的打开相结合，这样即使有一个装置发生故障也能够确保紧急断开连接，这尤其是在运输系统的风险评估方面十分有利。

由于它的多个优点，这种更紧凑且更安全的连接-断开连接器因此能够用于架空的柔性管道系统以及浮动的柔性管道系统中，并且最后本发明涉及根据本发明的连接-断开连接装置在用于通过位于两个船舶之间的架空的或浮动的柔性管道运输液体的装置中的应用。

优选地，在所述应用中，根据本发明的装置的特征还在于，第一端部接头的朝向第二端部接头的端部安装有第一蝶形阀，第二端部接头的朝向第一端部接头的端部安装有第二蝶形阀，并且第二端部接头的远离第一端部接头的端部安装有第三蝶形阀。

在附图中，仅以示例的方式给出：

图1是用于通过架空的柔性管道在气体终端和浮动终端之间运输液化天然气（LNG）的“串联（Tandem）”型装置的示意图；

图2是用于通过浮动的柔性管道在气体终端和浮动终端之间运输液化天然气（LNG）的装置的示意图；

图3是根据本发明的连接-切断连接器的截面图，其中夹持模块处于闭合状态；

图4是连接-切断连接器的截面图，其中夹持模块处于打开状态；

图5是在紧急断开连接后连接-断开连接器的截面图；

图6是在紧急断开连接后连接-断开连接器的立体图；

图7、图8和图9是夹持模块的根据其对称平面的截面图；

图10是沿图9的A-A线截取的截面图；以及

图11是沿图9的B-B线截取的截面图。

本发明尤其可以结合到图1和图2中显示的用于运送液化天然气（LNG）的装置中。

图1示意性显示用于在气体终端1.1和浮动终端2.1之间运输液化天然气（LNG）的“串联（Tandem）”型装置（该装置由Eurodim公司在专利FR2837190中提出），浮动终端2.1可以用于装载或卸载，所述浮动终端2.1自身通过位于海底的管道连接到天然气管网系统，所述装置尤其包括架空的低温柔性管道3.1，该低温柔性管道3.1架空布置并由浮动终端2.1支撑，并且连接-断开连接器4能够保证气体终端1.1和架空的低温柔性管道3.1之间的连接。

图2示意性显示用于在气体终端1.2和浮动终端2.2之间运输液化天然气（LNG）的装置，浮动终端2.2可以用于装载或卸载，所述浮动终端2.2自身通过位于海底的管道连接至天然气管网系统，所述装置尤其包括浮动的低温柔性管道3.2，该低温柔性管道3.2由浮动终端2.2支撑，以使得连接-断开连接器4能够保证气体终端1.2和浮动的低温柔性管道3.2之间的连接。

图3显示结合了本发明的连接-断开连接器4的截面图。

连接-断开连接器4包括两个端部接头4.1、4.2，端部接头4.1设置在与歧管（manifold）连接的气体终端1上，而端部接头4.2固定到低温柔性管道3的端部。在每个端部接头4.1、4.2的端部的交界面分别设置有以关闭状态显示的蝶形阀5.1、5.2，每个蝶形阀具有阀盘和用于控制枢转的外部设备，所述阀盘分别围绕枢转轴线（或操纵轴）6.1、6.2在液体流的横截面的打开位置和闭合位置之间可枢转地安装在端部接头的内部，枢转轴垂直于管道的轴线（XX'）延伸且彼此平行。两个蝶形阀5.1、5.2的表面朝向彼此转动。同样以关闭状态显示的第三蝶形阀5.3设置在端部接头4.2的另一端并围绕其操纵轴6.3枢转，该操纵轴6.3平行于操纵轴6.1、6.2，在连接-断开连接器4的两个端部接头4.1、4.2断开后，第三蝶形阀5.3能够在低温柔性管道3的端部提供双重密封屏障。在连接操作的结束和断开操作的开始时，两个端部接头4.1、4.2的接近和引导系统（approachandguidingsystem）（未示出）尤其能够保证两个端部接头4.1、4.2之间的同轴性和角定位（angularorientation），该同轴性和角定位能够使得两个端部接头相对彼此理想地定位。

围绕端部接头4.1均匀分布的多个相同的夹持模块7能够在两个端部接头4.1、4.2的交界面上连接两个端部接头4.1、4.2或使两个端部接头4.1、4.2断开连接，以使得气体终端1的管道和浮动终端2的管道连接，所述交界面位于径向于贯穿管道的轴线的平面（YY’）内。每个夹持模块7完全地结合到“U”形的支撑件8中，该支撑件8在其两个侧表面上设置有槽9，该槽9允许支撑件8与连接在第一端部接头4.1上的肋10相配合。所述肋10布置为相对于端部接头的轴线（XX'）倾斜，以使得当夹持模块7朝端部接头4.2的方向沿肋10平移时，夹持模块7（当它们没有锁定在位置上时）远离所述轴线（XX'）移动，直至连接在“U”形的支撑件8上的止挡件18与肋10的肩部19接触。

夹持模块7的另一端由凸缘14形成，该凸缘14与结合在端部接头4.1的主体上的凸缘15相配合，通过这种方式，凸缘14和凸缘15能够由ERC型套圈（collar）16的圆锥形颈部夹持。当ERC型圈16闭合时，ERC型圈16在端部接头4.1上的锁定位置保持夹持模块7的组件。在运输时，这些夹持模块所承受的力在端部接头4.1的平面上被ERC型套圈16和肋10吸收。

这些夹持模块7由液压致动器11驱动，这样能够将端部接头4.2的凸缘12紧贴着端部接头4.1夹持，或相反地以分别在连接或断开连接的情况下保证它的连通或释放。在夹持阶段，每个夹持模块7的鞋状部（shoe）13在端部接头4.2的凸缘12上施加朝向端部接头4.1且平行于轴线（XX'）的力。

图3显示通过ERC型套圈16锁定平动的夹持模块7，该夹持模块7在闭合状态紧靠着端部接头4.2的凸缘12。

图4是在致动器11的组件的杆复位后连接-断开连接器4的截面图，其中夹持模块7的组件打开。鞋状部13相对于管道的轴线（XX'）的距离允许端部接头4.2的凸缘12在连接时自由通过并在断开连接时自由释放。在该图中，蝶形阀5.1、5.2、5.3处于关闭状态。

在常规的断开连接操作中，端部接头4.2通过允许操纵柔性管道的连接-断开连接绞车缆绳（connection-disconnectionwinchcable）（未示出）与端部接头4.1保持接触。只有在夹持模块7的组件完全打开后，释放连接-断开连接绞车缆绳才能允许端部接头4.2从端部接头4.1移开。

图5是在紧急断开连接后连接-断开连接器4的截面图。ERC型套圈16的打开（在此之前蝶形阀5.1、5.2、5.3关闭）能够使得夹持模块7释放，夹持模块7因此能够在端部接头4.2的凸缘12的推力的作用下沿夹持模块7的倾斜的肋10滑动，凸缘12通过鞋状部13使整个夹持模块7移动。凸缘12的所述推力通过连接-断开连接器4相对于水平面显著地倾斜而得到，另外，在运输中，连接-断开连接器4通过因其自身重量下落的浮动柔性管道（低温柔性管道3）处于竖直位置。因此端部接头4.2自身通过引导系统（未示出）以同轴的方式从端部接头4.1上分离。因此端部接头4.2的凸缘12与每个夹持模块7的鞋状部13接触，直到鞋状部13在它们的相对于轴线（XX'）最低点的平面上的直径大于凸缘12的外径，凸缘12上设置有方便与鞋13分离的倒角20。在凸缘12脱离后，与第一端部接头4.1的主体的肩部19接触的止挡件18通过在肋10中的槽9阻止夹持模块7平移。

图6是在紧急断开连接后连接-断开连接器4的立体图。未显示用于启动蝶形阀5.1、5.2、5.3的设备和用于引导两个端部接头4.1、4.2的系统。

因此，通过将夹持模块7滑动至闭合状态，ERC型套圈16的打开能够使得连接-断开连接器4快速分离。然而，可以想到在紧急断开连接的情况下，为了提供额外的保护，除了将ERC型套圈16打开之外，还将夹持模块7打开（如图4所示），这样允许两个设备中任何一个产生可能的故障。

夹持模块7（最少三个）围绕端部接头4.1均匀分布，并且以这种方式与蝶形阀5.1、5.2的颈部17.1、17.2不干涉。

致动器11围绕其轴颈41相对于“U”形的支撑件8枢转连接，致动器11具有固定到其活塞22的端部的覆盖件24。位于覆盖件24的端部的轴25使得覆盖件24能够一方面与两个连接杆28形成枢转连接，另一方面与中间连接杆29形成枢转连接，同时两个连接杆28在它们的另一端部围绕轴26与“U”形的支撑件8枢转连接，中间连接杆29在它的另一端部围绕轴线27与柱塞30枢转连接。所述柱塞30在卡爪（jaw）13的孔（bore）37以及盖体31的孔33中引导，并且柱塞30旋接在卡爪13的内部，柱塞30沿轴线（uu'）平动，朝向u'通过柱塞30的肩部42限制柱塞30，并且朝向u通过柱塞30的肩部43限制柱塞30。用于弹簧32的壳体设置在盖体31的内侧上，通过这种方式柱塞30的平动能够使弹簧32压缩或解压缩。两个横向连接杆35的一端围绕轴线34与卡爪13枢转连接，并且另一端围绕轴线26与“U”形的支撑件8枢转连接，两个横向连接杆35具有固定在两个横向连接杆35之间的止挡件38，该止挡件38在其侧表面21能够与覆盖件24接触，并且止挡件38在其上表面23能够与卡爪13接触。卡爪13具有位于其端部的两个衬垫36，该两个衬垫36能够与端部接头4.2的凸缘12接触。轴27在每个端部设置有两个滚筒，小滚筒44与“U”形的支撑件8的弯曲部39或弯曲部40接触，并且大滚筒45与横向连接杆35的上表面接触。在图3和图4中可以看出支撑件8的弯曲部39和弯曲部40。

图7、图8和图9是夹持模块7的根据其对称平面的截面图。

图7对应于夹持模块7的打开状态。该打开状态能够实现连接-断开连接器4的可操作的连接或断开连接，该可操作的连接或断开连接能够通过连接-断开连接器4的引导系统（未示出）以同轴的方式实现端部接头4.2的凸缘12相对于端部接头4.1的接近或远离。

夹持模块7的闭合由致动器11的活塞22的退出而引起，这使得轴25通过覆盖件24移动，以使得轴25趋于到达轴26和轴27之间，通过固定在轴27的端部的大滚筒45与横向连接杆35之间的接触允许将轴27保持在较高的位置，这同样引起朝向卡爪13的内侧上的柱塞30的顶部和盖体31的位移，使得用于弹簧32的壳体压缩。“U”形的支撑件8的与小滚筒44接触的弯曲部39和弯曲部40的形状能够保证轴27的正确定位。当止挡件38在侧表面21与“U”形的支撑件8接触时，轴34的位置确定。因此活塞11的额外位移引起轴27的抬升，小滚筒44位于“U”形的支撑件8的斜面40上，这使得卡爪13围绕其轴34沿顺时针方向转动，直到卡爪13的衬垫36与端部接头4.2的凸缘12接触并且然后将凸缘12紧贴着端部接头4.1夹持住。因此图8显示了夹持模块7处于闭合状态。

如图9所示，追踪致动器11的活塞22的退出，包括对齐轴25、26、27的第一步骤，用于弹簧32的壳体因此处于最大压缩，然后使轴25能够移动到穿过轴26和轴27的平面的右边，直到覆盖件24与止挡件38的侧表面46接触。因此用于弹簧32的壳体相比于其之前的状态轻微地解压缩，但是沿u'的方向施加的主要的力能够通过支撑（bracing）机械地锁定运动，轴25在没有致动器11的作用下不再能够移动到穿过轴26和轴27的平面的左边，除非所述力由卡爪13吸收。由此在LNG的运输过程中机械地确保了夹持模块7的闭合状态和锁定状态，作为一种安全措施，这允许在提供到致动器11的液压动力源中出现故障。

因此夹持模块的重新打开由致动器11的活塞22的复位启动，通过轴25向穿过轴26、轴27的平面的左边移动而引起对系统的运动解除支撑，通过固定在轴27的端部的小滚筒44与“U”形的支撑件8的弯曲部40接触而将轴27保持在位置上，从而使得对系统解除支撑。追踪活塞22的复位尤其包括借助中间连接杆29、小滚筒44沿“U”形的支撑件8的弯曲部40并然后沿弯曲部39的移动以及因此而发生的轴27的移动。如图7所示，这样使得卡爪13围绕轴34沿逆时针方向旋转，然后使得横向连接杆35围绕轴26沿逆时针方向旋转，这样使得夹持模块7打开，当活塞22完全复位时夹持模块7完全打开。根据卡爪13在端部接头4.1上的位置，一方面通过小滚筒44与“U”形的支撑件8的弯曲部39的接触来控制重力的影响，防止卡爪13向顶部倾斜，并且另一方面通过止挡件38来控制重力的影响，防止卡爪13向下倾斜并且因此将夹持模块7保持在打开状态。

如图10所示（图10是图9沿A-A线截取的截面图），每个夹持模块7完全地结合在在两个侧表面上设置有槽9的“U”形的支撑件8中，该槽9能够使支撑件8与连接至端部接头4.1的主体的两个肋10相配合，这样使得每个夹持模块7能够相对于端部接头4.1滑动。

图11是图9沿B-B线截取的截面图，通过该图11尤其可以看到滚筒44和45以及与滚筒44和45接触的部件。

Claims (5)

1.连接-断开连接装置，包括连接至柔性管道的第一端部接头(4.1)和第二端部接头(4.2)以及多个夹持模块(7)，每个所述夹持模块通过支撑件安装在所述第一端部接头(4.1)上并且设置为：在运行模式，随着具有旋转分量的第一运动，所述夹持模块在连接闭合时将被施加到所述第二端部接头(4.2)的凸缘(12)的后方，并且当连接打开时所述夹持模块将移开；并且在紧急模式，每个夹持模块(7)安装为能够随着第二运动从保持位置移动至分离位置，在所述保持位置，通过保持装置保持的每个所述夹持模块能够保持所述端部接头(4.1，4.2)彼此贴合，在所述分离位置，每个所述夹持模块能够不再保持所述第一端部接头(4.1)和所述第二端部接头(4.2)彼此贴合，其特征在于，所述第二运动为所述夹持模块(7)整体的平移运动并且为所述夹持模块(7)的支撑件使所述夹持模块(7)朝所述第二端部接头(4.2)的方向渐渐远离所述第一端部接头(4.1)和所述第二端部接头(4.2)的轴线移动的运动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述保持装置包括所有的所述夹持模块(7)所共用的夹持套圈(16)，该夹持套圈(16)将每个夹持模块(7)的凸缘(14)夹持在所述第一端部接头(4.1)的凸缘(15)上。

3.根据上述权利要求中任意一项所述的装置，其特征在于，所述第二运动通过所述夹持模块(7)的两个侧表面上的槽(9)与两个肋(10)的配合而获得，所述两个肋(10)连接至所述第一端部接头(4.1)并且相对于所述第一端部接头(4.1)的轴线倾斜，所述第二运动由柔性管道(3.1或3.2)的主体重量引起，所述第二运动通过所述连接-断开连接器(4)的轴线相对于水平面的显著倾斜而实现，所述第一端部接头(4.1)比所述第二端部接头(4.2)高，并且两个端部接头以同轴的方式彼此分离。

4.根据权利要求1或2中任意一项所述的装置，其特征在于，所述第一端部接头(4.1)的朝向所述第二端部接头(4.2)的端部安装有第一蝶形阀(5.1)，所述第二端部接头(4.2)的朝向所述第一端部接头(4.1)的端部安装有第二蝶形阀(5.2)，并且所述第二端部接头(4.2)的远离所述第一端部接头(4.1)的端部安装有第三蝶形阀(5.3)。

5.根据权利要求1或2中任意一项所述的连接-断开连接装置在设备中的应用，所述设备用于通过架空的柔性管道(3.1)或浮动的柔性管道(3.2)在两个船舶(1，2)之间运输液体，所述两个船舶(1，2)中的一者为航行的船舶(1)。