CN103423529B - 液压式水下管道连接器 - Google Patents

Abstract

液压式水下管道连接器，包括上、下连接法兰，两者相互连接后管道中孔呈密闭状，上连接法兰与液压缸体固定连接，该缸体内置有环状活塞，活塞内构成上、下腔体，受活塞影响可锁住或释放上、下连接法兰连接的卡牙分布在活塞外，拉杆固定在活塞上，另一端穿出上连接法兰连接拉环，上连接法兰中孔固定置有导向环，该导向环长于上连接法兰下端面，下连接法兰中孔内壁置有斜面，导向环外壁置有密封钢圈。本发明设置的导向环起到对中导向作用，使上下连接法兰一次连接到位，避免磕碰现象。分别对各个工作油管接口进行增、泄压，可实现连接法兰的锁闭与释放。活塞上拉杆能辨认连接器开合状况，并方便吊装，且在液压动力失效时，可以通过拉杆将连接器打开。

Description

液压式水下管道连接器

技术领域

本发明涉及石油钻采行业海底管道对接技术中一种水下石油管道连接器，特别是一种能够承受高温高压状态下正常工作的液压式水下管道连接器。

背景技术

海洋油气田离开陆地非常遥远，需要铺设几十公里甚至几百公里的输油管线作为运输系统，因此海底水下管道的连接技术成为了海洋石油开采中一个重要环节。传统海底管道对接技术中通常采用法兰式连接，由潜水员在水下操作，但是由于潜水员下潜深度有限，只能在水下0-100米之间工作。现今我国石油行业越来越走入深海，一般水深为400米左右，如果通过水下机器人代替潜水员工作，法兰式对接方式对水下机器人来说显得非常复杂繁琐，需要花费大量时间进行调试，劳力伤财，大大增加了海洋石油行业的成本及工期。所以传统法兰式管道对接技术已经无法满足目前深海作业的需求。

另外，现有技术中的液压锁紧式管道连接器是一种立式管道连接器，其上下管道对接过程中虽然相对比较容易实现，但是也会出现磕碰现象，致使密封钢圈在下入过程中被碰伤，严重影响管道对中连接的工作效率以及连接器的密封效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术中所存在的缺陷，提供一种在海底作业时能够方便使上、下连接法兰的实现对中的液压式水下管道连接器。

本发明采用了下列技术方案解决了其技术问题：一种液压式水下管道连接器，包括上、下连接法兰，该上连接法兰的上端与一个一端连接管道的上法兰相固定连接，该下连接法兰的一端直接固定连接另一管道，上连接法兰和下连接法兰相对应固定连接后，管道中孔呈密闭状，其特征在于：所述的上连接法兰与一套设在其上的液压缸体固定连接，该液压缸体内置有可沿液压缸体内壁上下滑动的环状活塞，该液压缸体内壁上还置有一分隔圈，该分隔圈将筒体内壁与活塞内壁构成的腔体一分为二成上腔体和下腔体，至少有两块受活塞上下运动影响可沿法兰径向运动锁住或释放上、下连接法兰连接的卡牙均布在活塞外侧四周，至少有一根拉杆其一端固定连接在活塞上，另一端穿越过上连接法兰后固定连接拉环，上连接法兰中孔的下部固定置有一导向环，该导向环下端长于上连接法兰下端的上、下连接法兰结合面，下连接法兰中孔的上端内壁置有一段内径上大下小的斜面，导向环外壁的上、下连接法兰结合面处还固定置有一密封钢圈。

本发明提供的液压式水下管道连接器安装操作方便，其导向环能起到对中导向作用，有利于上、下连接法兰一次性安装连接到位，避免了下入过程出现磕碰现象，进一步保护密封钢圈在下入过程中不受损伤。本发明通过水下机器人（ROV）操作液压动力单元（HPU）对各个工作油管接口的增压泄压，以实现连接器上、下连接法兰的锁闭与释放。本发明通过在活塞上加装提升拉杆，能够清晰辨认连接器的开合状况，并可方便地吊装连接器，而且在液压动力装置失效时，还可以通过上提拉杆将连接器打开，起到双重保险作用。

本发明实现二次自锁功能：以前类似结构的产品，在长时间的使用过程中，会存在卡牙松动从而出现泄漏的现象。本发明为了克服使用过程中的松动现象，设计了二次自锁功能，首先液压连接器锁紧后环状活塞与卡牙成4°夹角（通过试验取得经验数据），在此角度下，经计算在承受额定工作压力时，内部受压所产生的推力，分解到垂直方向的力不足以克服卡牙与环形活塞的自重及卡牙与环状活塞之间的摩擦力，因此卡牙在长时间的使用过程中一直处于锁紧状态，不会松开。其次在液压连接器锁紧后，液压缸的上下两个腔体出口都用盲堵堵住，当内部有压力时，上、下连接法兰受力作用于卡牙，卡牙受力向外张开，卡牙张开会造成环形活塞的上移，因为此时上下腔体处于封闭状态，环状活塞的上移会造成上下腔体的压力变化，限制了环形活塞的运动，因此会形成自锁，保持卡牙处于锁紧状态。

本发明主要零部件采用抗腐蚀合金，并且表面进行防腐PTFE涂层处理，能够耐受海水及高温油气的腐蚀，增加了使用寿命。

附图说明

图1为本发明上、下连接法兰呈打开状态的结构示意图。

图2为本发明上、下连接法兰呈闭合状态的结构示意图。

图3为本发明实施例中卡牙的分布结构示意图。

图中各序号分别表示为：

1－上连接法兰；1.1－上连接法兰斜面凸台；

2－下连接法兰；2.1－下连接法兰斜面凸台；2.2－下连接法兰斜面；

3－螺栓螺母；4－上法兰；

5－液压缸体；5.1－分隔圈；5.2－上腔体；5.3－下腔体；

6－螺钉；7－活塞；7.1－活塞侧面；

8－卡牙；8.1－卡牙侧面；8.2－卡牙斜面缺口；

9－定位销；10－导向环；11－密封钢圈；12－拉杆；13－拉环；

14－工作油管接口插座支架；

15－上腔体工作油管接口插座；15.1－管道；

16－下腔体工作油管接口插座；16.1－管道；

17－密封钢圈试压油管接口插座；17.1－管道；

18－试压插头。

具体实施方式

以下结合实施例以及附图对本发明作进一步的描述。

参照附图，本发明包括一上连接法兰1以及一下连接法兰2。该上连接法兰1的上端通过螺栓螺母3与一个一端连接海底输油管道（图中未画出）的上法兰4相固定连接，该下连接法兰2的一端直接固定连接另一海底输油管道（图中未画出）。如果上连接法兰1和下连接法兰2相对应固定连接后，管道中孔应该呈密闭状。

本发明将一液压缸体5套设在上连接法兰1外，并通过螺钉6固定连接。该液压缸体5内置有可沿液压缸体5内壁上下滑动的环状活塞7，该液压缸体5内壁上还置有一分隔圈5.1，该分隔圈5.1将筒体内壁与活塞7内壁构成的腔体一分为二成上腔体5.2（参见图1）和下腔体5.3（参见图2）。

本发明至少置有两块卡牙8，该卡牙8受活塞7上下运动影响可沿法兰径向运动锁住或释放上连接法兰1和下连接法兰2的连接，并均布在活塞7外侧的四周。请参见图3，本实施例中所述的卡牙8为十八块，每一块卡牙8的一侧置有一用来限定两块卡牙8之间间距的向外突出的定位销9。

本发明所述的活塞7其与卡牙8接触的侧面7.1为直径由下而上逐渐减小的环状斜面。所述的卡牙8其与活塞7接触的一侧面8.1置有与活塞7相对应的斜面。

本发明所述的卡牙8另一侧置有能锁扣住上连接法兰1和下连接法兰2的斜面缺口8.2，上连接法兰1和下连接法兰2外侧也分别置有与卡牙8上斜面缺口8.2相对应的斜面凸台1.1和2.1。

为使在海底作业时上、下连接法兰能够顺利对中接入，避免出现磕碰现象，本发明在上连接法兰1中孔的下部固定置有一导向环10，该导向环10下端向外延伸并长于上连接法兰1下端的上、下连接法兰2结合面，下连接法兰2中孔的上端内壁置有一段内径上大下小的斜面2.2，导向环10外壁的上、下连接法兰2结合面处还固定置有一密封钢圈11。

本发明至少将一根拉杆12的一端固定连接在活塞7上，其另一端穿越过上连接法兰1后固定连接拉环13，所述的拉杆12上置有可识别活塞7高低的刻度。本实施例将两根拉杆12对称安置在活塞7上。本发明通过在活塞7上加装的提升拉杆12，能够清晰辨认连接器的开合状况，也可方便地吊装连接器，而且在液压动力装置失效时，通过上提拉杆12可将连接器打开，起到双重保险作用。

本发明在液压缸体5外固定置有工作油管接口插座支架14，该工作油管接口插座支架14上分别置有液压缸上腔体工作油管接口插座15、下腔体工作油管接口插座16以及密封钢圈试压油管接口插座17，上腔体工作油管接口插座15通过管道15.1连通上腔体5.2、下腔体工作油管接口插座16通过管道16.1连通下腔体5.3，密封钢圈试压油管接口插座17通过管道17.1连通密封钢圈试压区域。

以下简述本发明的安装及调试：

1、陆地上的安装及调试。

(1)将下连接法兰2与管汇焊接。

(2)更换连接器本体内部的金属密封圈，将上法兰4与上连接法兰1安装在一起，然后吊起上连接法兰1，通过机器人（ROV）摄像机观察，与下连接法兰2对中，慢慢下入合并。

(3)将一端接好液压动力单元（HPU）的试压插头18插入工作油管接口插座支架14的面板上下腔体工作油管接口插座16处（油腔下腔），对其进行注油，直到压力达到1500PSI，卡牙8锁紧，泄压至0。

(4)拔出试压插头18，将盲堵插头插入面板上下腔体工作油管接口插座16与上腔体工作油管接口插座15处。

(5)将试压插头18插入面板上密封钢圈试压油管接口插座17处（预密封测试口），对其打压500PSI，保压5分钟，确认其密封性能。

如果保压成功，则拔出试压插头18，将盲堵插头插入面板上密封钢圈试压油管接口插座17处，如保压失败，确认高压管线及外表面是否有泄漏，如有泄漏，更换管线，如无泄漏，则对面板上腔体工作油管接口插座15处打压，将卡牙8张开，取出下连接法兰2，并且更换密封钢圈11，重新(1)、(2)、(3)、(4)步骤。

(6)密封性能测试完成后，连接器就可以与管汇撬一同下海。

2、水下安装及调试。

(1)水下机器人（ROV）携带吊钩，带入海底，将吊钩挂在连接器提拉吊环13上，然后上浮水面。

(2)水下机器人（ROV）携带液压动力单元的试压插头18下潜至水下。

(3)将试压插头18插入接口插座支架14面板试压插头18放置槽中（图中未画出）。

(4)将面板上腔体工作油管接口插座15处上的盲堵插头拔出，插入放置槽中，将试压插头18插入面板上腔体工作油管接口插座15处，再拔下下腔体工作油管接口插座16处上的盲堵插头，插入放置槽中，然后对其进行打压，压力达到1500PSI停止打压。

(5)通过机器人（ROV）确认卡牙8张开，当卡牙8完全张开时，通过吊绳将连接器吊上工作船。

(6)使用水枪将连接器外表及导向环10内壁垃圾清理干净，更换密封圈，将盲堵插入放置槽中与连接器一起下水。

(7)将连接器重新吊入水中，机器人（ROV）在旁观察。

(8)通过机器人（ROV）观察连接器本体与下法兰标识，确认连接器是否对中。

(9)连接器对中后，机器人（ROV）将试压插头18重新插入面板下腔体工作油管接口插座16处，对其进行注油，压力为1500PSI，卡牙8锁紧。然后泄压，拔出试压插头18，将盲堵插头插入下腔体工作油管接口插座16处。

(10)然后将面板上密封钢圈试压油管接口插座17处的盲堵插头拔出，放置在安置槽中，插上试压插头18对其进行密封性能测试，压力为500PSI，保压15分钟，如无泄露，则拔出试压插头18，重新换上盲堵插头。

机器人（ROV）完成水下安装，上浮水面。

Claims (5)

1.一种液压式水下管道连接器，包括上、下连接法兰，该上连接法兰的上端与一一端连接管道的上法兰相固定连接，该下连接法兰的一端直接固定连接另一管道，上连接法兰和下连接法兰相对应固定连接后，管道中孔呈密闭状，其特征在于：所述的上连接法兰与一套设在其上的液压缸体固定连接，该液压缸体内置有可沿液压缸体内壁上下滑动的环状活塞，该液压缸体内壁上还置有一分隔圈，该分隔圈将筒体内壁与活塞内壁构成的腔体一分为二成上腔体和下腔体，至少有两块受活塞上下运动影响可沿法兰径向运动锁住或释放上、下连接法兰连接的卡牙均布在活塞外侧四周，至少有一根拉杆其一端固定连接在活塞上，另一端穿越过上连接法兰后固定连接拉环，上连接法兰中孔的下部固定置有一导向环，该导向环下端长于上连接法兰下端的上、下连接法兰结合面，下连接法兰中孔的上端内壁置有一段内径上大下小的斜面，导向环外壁的上、下连接法兰结合面处还固定置有一密封钢圈；所述的活塞其与卡牙接触的侧面为直径由下而上逐渐减小的环状斜面；所述的卡牙其与活塞接触的一侧面置有与活塞相对应的斜面。

2.根据权利要求1所述的一种液压式水下管道连接器，其特征在于：所述的卡牙另一侧置有能锁扣住上、下连接法兰的斜面缺口，上、下连接法兰外侧也分别置有与卡牙上斜面缺口相对应的斜面凸台。

3.根据权利要求1所述的一种液压式水下管道连接器，其特征在于：所述的卡牙为十八块，均布在活塞外侧四周，每一块卡牙的一侧置有一用来限定两块卡牙之间间距的向外突出的定位销。

4.根据权利要求1所述的一种液压式水下管道连接器，其特征在于：液压缸体外固定置有工作油管接口插座支架，该工作油管接口插座支架上分别置有液压缸上、下腔体工作油管接口插座以及密封钢圈试压油管接口插座，上、下腔体工作油管接口插座分别通过各自的管道连通上、下腔体，密封钢圈试压油管接口插座通过管道连通密封钢圈试压区域。

5.根据权利要求1所述的一种液压式水下管道连接器，其特征在于：所述的拉杆上置有可识别活塞高低的刻度。