CN1036447A - 流体管道连接器 - Google Patents

Abstract

用于连接和拆开流体管道的例如应用在离岸装 置中的连接器是“插塞和插座”型，它包括安装在海下 组件上的凹形部件和互配的凸形部件。每一凹、凸部 件都有许多连接到流体管道的孔13和孔12，锥形圆 柱套环14、15分别设在凹、凸部件上并有相应的套 口16、17，以便连通孔12和13，使流体通过孔并通 过连接器；也可以截断孔12、13以阻止流体通过孔 12或13和通过连接器，在此位置时可将凹、凸部件 分离。

Description

本发明是有关用于连接和截断流体管道的连接器，这些管道如用于石油和/或气体的输送管和流送管，具体地说，是用于需要将管道连接到海底开采组件和输送管上，或者从海底开采组件和输送管上将管道拆开的海底现场，但其应用又不局限于此。

海底系统模件化的增加，促使对海底设备安装和维护时间的减少。易互换组件的建议要求具有合适的“连接器”。通用的连接器既昂贵又复杂，而且还缺乏可靠性。

过去和现在在北海上采用的方法是使用多基标连接方法将这些组件连接/拆开的。这些方法建立在大量对准基标的基础上，它违反了在连接/拆开两个或两个以上零件时要求最少的基标这一基本工程设计原则。

此外，为把这些多基标组件连接和拆开，经常需要很大的力量使管道工程达到对中，于是常常造成密封件或机体的损坏，因而导致停产，热膨胀也会对连接装置施加过大的力。

近期用于北海中的一个多连接海底组件的实例中，包含大约20个单独的连接器，它依靠昂贵的夹紧装置和定位装置来保证连接的完整性，此外，为保留流体需要在每个连接器侧面设置阀门。这就意味着在每个连接器的交界面上，都需要安有一对昂贵的、且使系统可靠性降低的切断阀。

申请人的观点认为，一种没有已知的多连接海底组件所具有的缺点的连接器系统，在任何模件化系统中，对海底油田的发展来说，已成为一个关键的部件。由于近来石油价格的波动，对石油公司来说大大增加了为探求油田发展新方法的压力。经历了初次冲击以后，许多石油公司目前正计划下一步主要发展新的较小油田系列。这些计划将包括对模件化和连接装置等问题的更多的新探讨。因此，石油公司可采用的合适的连接器是一个很重要的问题。

申请人认识到，这种连接器的另一主要问题是在FPV上（浮动采油船只上）挠性提升器系统的QCDC（快速连接/拆开）。海底设备和FPV之间的挠性提升器系统需要一个连接器，该连接器可以连接FPV，在紧急情况下，即使FPV已离开站台，也能将FPV快速松脱或投掷。

当然，本发明的主要目的是提供一种连接器，这种连接器不仅克服了上述的连接/拆开操作的缺点，并解决了对外切断阀的需要，而且在连接器的价格大约可降低到现有连接器系统价格的1/4情况下，仍然可以提高连接器的可靠性。

所以，本发明是适用连接和拆开管道流体的连接器。

上述连接器的特征是：它包括两个相配部件，每个部件上都设置多个孔;当连接两个部件时，该装置将一个部件上的孔与另一部件上对应的孔相连通，因而使流体穿过孔并通过连接器;为阻止流体通过孔和连接器，不使上述孔连通，此时可将一个部件从另一个部件上拆下来。

按照本发明，适于连接现有海底开采组件的全部连接装置和阀门都可以由单一基标的多孔连接器代替。连接器只需一个连接操作，它可以在没有潜水员的情况下，用遥控或适宜的水下机械手、遥控维护系统（RMS）或摇控操作运载工具（ROV）进行操作。借助使孔连通和截断的操纵装置，当两部件连接时流体流动，两部件拆开前流体流动截止，要达到上述目的，利用本发明装置是可以很简单和很容易实现的。只有在两部件未进行连接时，孔不连通，穿过连接器的液流停止流动。因此，使孔连通和不连通的装置实际上起到一个包含在连接器两部件里的一个简单的内部阀门的作用。在连接器两部件的每个断面上提供完整的压力。

为了适应各自的需要，虽然连接器的部件上可设置适当数目的孔，但在实施例中，建议在每个部件上安排10个孔。

最好在将孔连通和截断装置中的一个部件上设置第一套环，而在另一部件上设置第二套环，每个套环上有套口，两部件进行连接时，套环互相连接起来进行转动，套环的一个套孔相应地与另一个卓锥灾小Ｒ虼耍绷教谆饭餐降谝晃恢檬保卓谙喽粤讲考系目锥宰迹率沽魈蹇赏ü悠髁鞫弊降诙恢檬保卓谙喽粤讲考系目灼肓耍员阕柚沽魈逋ü悠鳎山讲考鹂?

为使连通/截断装置上的孔和套口达到满意的密封，连接器还包含在上述孔连通和截断期间，确保密封件安放在每个部件上孔周围的密封装置。

每个部件上的密封装置最佳实施例中，密封件放置在每个孔和部件连接时已对准的套口之间。该密封件可以是梨形或泪珠形，以便在孔和套口处于偏离位置时，该密封件既能环绕在孔周围，又能环绕在套口周围。各个部件的密封装置最好也至少包括一个围绕单个孔的密封环，最好至少还设置一个密封环环绕一个部件上的套口，以便在连接部件时，在已对中的套口之间提供密封作用。

在便利的条件下，连接器包括一闭锁机构，以使两部件相互连接，以及当两部件连接时提供将它们拉在一起的预紧力。

闭锁机构的最佳实施例中，一个部件上设有凸轮形状的突台，两部件连接时，通过旋转使突台与另一部件上的吊耳衔接，吊耳处于张紧状态，如利用张力杆的方式使吊耳张紧，这样突台与吊耳衔接后将两部件拉在一起。

连接器具有“插塞与插座”的型式是最有利的，这种连接器带有相配合的凸形和凹形部件，在把连接器应用于海底开采组件上时，凹形部件放置在组件上，凸形部件连接液流管道。

为使凸形部件很方便地配入凹形部件中，以使连接器的两部件连接在一起，最好凸形部件上的套环外表面呈内锥形或漏斗形，它与凹形部件上的套环的外锥形或漏斗形表面衔接。

为在连接器内维持一定的工作压力，同时为了减少部件之间的分力，套环上的锥度应尽量的小。

两套环的相互固定以致使它们尽快地旋转，可以通过惯用的方式达到，如利用花键或键-键槽结构的连接方式达到。

使孔连通/截断的方法可以转用其它合式的方式，如采用机械、液压或电力方式。

为更易于了解本发明，下面将通过例子，并参照附图介绍一实施例，图中：

图1表示按照本发明构成的一种应用于海底石油开采系统中的连接器技艺图;

图2表明在另一海底石油开采系统中连接器另一种应用的技艺图;

图3和4是图1和图2中的连接器配备的凹、凸部件的侧视图;

图5是沿图6A-A剖线的纵剖面图，图中连接器的左侧封闭，右侧敞开;

图6是沿图5中的B-B剖线的横剖面图;

图7是沿图6C-C剖线的纵剖面图;

图8a至8d表示连接器的部件进行连接时，按顺序排列的示意横剖面图;

图9表示连接器特征放大图。

参照图1，一个海底石油设备包括若干海底开采组件1，组件1分别支承在海床3上的机架2内，通过管道4从油井5中收集离析的石油、气体和水，并通过管道7将它们输送到海面上的油井机6上。为将流送管4和7连接到石油开采组件1上，借助船8可把它们下落到机架2上，或从机架2上脱离，每个组件都装备有如图3至9中所示的、一般用数字9标出的连接器。

图2示出连接器9的另一种应用，其中把数个海下开采组件36借助挠性管道38连接到半浸入水中的浮动平台37。每条管道38均通过一个连接器9进行连接，以便在必要时从平台将管道进行快速连接/拆开。连接器9为“插塞和插座”型式，它包括安装到海底组件上共同操作的凹形部件10和与之相配合的凸形部件11，凹形部件10装配在凸形部件11上，如图5所示。每个凹、凸部件上都设有数个孔12和13，孔13相应地与载装流件管道4连通，（见图1），凹、凸形部件上有带锥度的圆柱套环14和15，套环上设置各自的套口16和17，套口是为了分别连通孔12和13中的一个对应的孔，如图5、6所示，图中右侧表示液流通过的通孔，继而通过连接器9，截断孔12和13，以阻止液流通过孔12和13继而阻止液流通过连接器9（如图中左侧所示）。

为使套环在第一位置和第二位置之间产生旋转运动，采用装置（图中未表示）将套环14，15进行偶合，图5和图6的右侧表示第一位置，在这个位置上，对中后的套口16和17分别与相对应的孔12和13对准，在第二位置（图5图6中左侧表示）上套口16和17与对应的孔12和13偏离。

孔12和凹形部件10的套口16之间以及孔13和凸形部件11的套口17之间配置数个密封件，如图5和图7所示。这些密封件围绕部件10、11上的孔安放，它们包含承受内压力的环形初级密封件18、承受外压力的环形二级密封件19，以及当将套口和孔对中/偏离时，承受内压力的梨形包络密封件20。在连接部件10、11时，两套环14、15上的已对准的套口之间也放置了环形密封件21。套环14、15的每一端上同样也设置屏蔽密封件22，用以防止由于其它密封件产生了泄漏而将液流溢入周围环境里，同时防止在万一产生较大的外压力情况下液流进入海中。

两部件10、11进行连接之前，它们处在“封闭”位置，如图5、6左侧所示，图8a所示的凸形部件11装设一个锁销形式的联销装置（图中未表示），以保证拆开时套环15不致产生转动，而使孔13外露。采用这种方法在拆开时流体不会溢出来，当两部件尚未连接时，套环保险“锁定”或固定在孔的“封闭”位置。在两部件进行连接期间，将凹形部件下放到凸形部件上，开始利用提升销23使两部件保持分离，用过滤水冲洗部件的配合表面，以去除沾染的砂粒、灰尘等微粒，因为这些污物会破坏密封性能。冲洗完毕后，利用闭锁机构24使两部件衔接起来，闭锁机构24包括装在凹形部件10上的凸轮环25，转动凹形部件使凸轮环连接凸形部件11上的吊耳26，此时提升销23缩回，松开凸形部件的联锁装置。使吊耳26连接张力杆27，张力杆27穿过凸形部件纵向延伸，当凸轮环衔接吊耳时，将两部件10、11拉在一起，如图8b所示的已连接在一起的部件中，已对准的套口16、17与孔12、13偏离。为确保两套环经常一起转动，并使套口16、17对准，在两套环14、15之间也安装一个对中的驱动键（图中未画出）。

在部件10、11保持静止状态时，两套环转动，如图8c所示，于是套口16、17运动使它们与孔12、13对中，以便相互连通，这样可使流体流过连接器。套环转动时，梨形密封件20保证密封件继续保持在每个部件的孔和套环之间。

图8d表示完全“敞开”的位置，其中孔12、13与对准的套口16、17相互连通，在这个位置上，环形密封件18和21承受了全部压力，而梨形密封件20却不起作用。

此后，用互锁件36将闭锁机构锁定在此位置上，如放大图9所示，为防止当套环14和15处于“敞开”（活动）状态时，两部件10和11拆开。互锁件包括一个第一弹簧加载销子37，它由套环14、15的转动操纵，并依次操纵第二弹簧加载销子38，销子338操纵一个安全销39进入凸轮环25上的孔40中。这样防止凸轮环反转而脱开吊耳26。

为使两部件拆开，只要按上述工序单个地反向进行操作即可。首先，反转套环使孔截断，并松脱闭锁机构;其次，通过转动闭锁机构使凹、凸部件分离。可以看到，在操纵两部件使它们相互衔接并随之锁定闭锁机构以后，通过转动带锥度的套环直到孔和套口对准为止，此时两部件上的孔同时“敞开”。

这种闭锁机构非常适于承受组件负载和侧面流动载荷。

连接器还包括固定到凹形部件10上的导柱28的导向和对中系统。导柱28上有与凸形部件11的锥孔相配合的锥形端部29，在导柱插入凸形部件上的中央导孔30时，锥形端部29防止产生偏心。当插入导柱时，导柱另一端上的定向涡杆31支承一个平键32，平键使凹形部件转动直至使键进入与其相配合的键槽33内为止。然后由塞栓34和定向销35完成准确的对中。

从图5中可容易看到，孔13具有轴向逆流部分13a和相对于凸形部件11轴线成90°角安置的径向顺流部分13b。

全部驱动操作如转动相互连接的套环14、15以及闭锁成“敞开”和“封闭”形式的操作，都由方便的初级液压操纵，这些操作最好具有适于遥控操作运载工具（ROV）使遥控维护系统（RMS）的二级机械系统（图中未示觯?

孔和套口上安置的全部密封件最好带有开口（未示出），以便可进行监测和压力整体实验。

此外，在拖延拆卸时间的情况下，凸形部件适于放置一压缩型或耐腐蚀形的罩盖。

当然，在选择所有材料时应考虑海底环境情况、管道内的流体和实际操作情况，以获得成本最低而可靠性最高的连接器。

上述的连接器特别适用于海底，此外，它还可作为专有设备或以改型的方式适合于一些其它特殊的应用。根据连接器设计的基本原理，也可以将它放置在一个没有潜水员、远距离安装和可收回的组件系统中。

人们应该理解到本发明不仅限于介绍的实施例，同时还包括由权利要求所确定范围内的其它改型和变型的实施例，如上述连接器主要用于立式或基本立式设备的连接和拆卸中，此外，还可用于与垂直方向成一定角度的连接和拆卸中，其中包括水平连接和拆卸。

此外，若不采用圆柱形套环14和15，还可用两个可回转的带套口圆盘代替圆柱形套环，圆盘上的套口与凸形和凹形部件上轴向延伸的孔相对中和相互偏离。

在最佳实施例中，孔处于截断位置以后，用提升销23迫使凹、凸部件10和11分离，这对拆开两部件10和11非常有利。

尽管上面介绍的本发明的连接器应用于海底系统，但人们可以看出它也适于其它领域应用的相对的岸上系统。

Claims (18)

1、用于连接和拆卸流体管道的连接器，其特征在于：连接器(19)包括两个相配合的部件(10、11)，每个部件上设置许多孔(12、13)；还包括用来将一个部件(10、11)上的孔(12、13)与另一部件(10、11)上对应的一个孔(12、13)相连接和截断的装置(14、15)，当两部件(10、11)连接时，使流体穿过孔(12、13)并穿过连接器(9)，截断孔以阻止流体穿过孔(12、13)和穿过连接器(9)，因此，一个部件(10、11)可以从另一部件(10、11)上拆卸下来。

2、按照权利要求1所述的连接器，包括密封装置（20），该密封装置确保在连通和截断孔的情况下均保留在每个部件（10、11）上的孔（12、13）周围。

3、按照权利要求1或2的连接器，其特征在于连通和截断孔的装置（14、15）包括一个部件（10）上的第一套环（14）和在另一部件（11）上的第二套环（15），每个套环（14、15）都设有套口（16、17），当连接两部件（10、11）时，为使套环（14、15）转动，将它们相互连接起来，套环（14、15）上的套口（16、17）彼此相对对中，因此，当两套环一起转动到第一位置时，对准后的套口（16、17）与对应的两部件（10、11）上的孔（12、13）对中，以使流体流过连接器（9）;当转到第二位置时，套口与对应的孔（12、13）偏离，以阻止流体流过连接器（9），并允许两部件（10、11）拆开。

4、按照权利要求2和3所述的连接器，其特征在于每个部件（10、11）的密封装置包括各个孔（12、13）和部件（10、11）连接时已对准的套口（16、17）之间的密封件（20），该密封件具有这样的形状，即在孔和套口处于偏离位置时，密封件既能围绕着孔（12、13），也能围绕着套口（16、17）。

5、按照权利要求4所述的连接器，其特征在于密封件（20）呈梨形。

6、按照上述任一项权利要求的连接器，其特征在于每个孔（12、13）周围至少安装一个环形密封件（18、19）。

7、按照权利要求2至6中任一项权利要求的连接器，其特征在于至少有一个环形密封件（21）放置在套环（14、15）之一（14）上的每个套口（16）周围，以便在连接部件（10、11）时，于套环（14、15）上讯宰嫉奶卓冢?6、17）之间提供密封。

8、按照上述任一项权利要求的连接器，包括闭锁机构（24），用以衔接两部件（10、11）和提供一个将两部件（10、11）连接时把它们拉在一起的预紧力。

9、按照权利要求8所述的连接器，其特征在于闭锁机构（24）包含部件（10）上的凸轮形突台（25），通过旋转，在两部件（10、11）连接时，突台与另一部件（11）上的吊耳（26）衔接，吊耳（26）处于应力状态，因此，突台（25）和吊耳（26）的衔接使两部件（10、11）拉在一起。

10、按照权利要求9的连接器，其特征在于拉杆（27）连接吊耳（26），以便将两部件（10、11）拉在一起。

11、按照权利要求9或10的连接器，其特征在于互锁件（36）防止凸轮形突台（25）与吊耳（26）脱开，互锁作用一直到孔（12、13）截断，随后两部件（10、11）拆开为止。

12、按照权利要求3至10中的任一项和权利要求11的连接器，其特征在于互锁件（36）由套环（14、15）的转动所操纵。

13、按照上述权利要求中的任一项的连接器，其特征在于连接器（9）具有带互配的凹形和凸形部件的“插塞和插座”型式。

14、按照权利要求13的连接器，其特征在于为了使凸形部件（11）方便地进入凹形部件（10）中，以便使连接器的两部件（10、11）连接在一起，凸形部件（11）上套环（15）的外表面呈内锥形或喇叭口形，它与凹形部件（10）上套环（14）的外锥形或喇叭口形表面相配合。

15、按照上述任一项权利要求的连接器，包括一个提升机构（23），以便在初始连接时在部件（10、11）之间保持一段间隔，达到在把两部件锁定在一起之前将它们的相配表面冲洗干净。

16、按照权利要求2至15中任一项的连接器，其特征在于至少两部件（10、11）中的一个部件（11）装配一互锁件，当部件（10、11）拆开时，保证孔（13）和一个部件（11）上的套口（17）保持偏离状态。

17、用于连接和拆开流体管道的连接器，所述的连接器包括：

两相配的部件;

每个部件上设置许多孔;

一种装置，当两部件连接时，该装置将一部件上的孔连通另一部件上对应的孔，以使流体流过孔和连接器;该装置将孔截断使流入孔和连接器的流体中止，于是部件彼此拆开，以及密封装置，它确保在孔连通和截断的情况下，密封件都能保留在每个部件上的孔的周围。

18、用于连接和拆开流体管道的连接器，所述的连接器包括：

两相配的部件;

每个部件上设置许多孔;

一种装置，当两部件连接时，该装置将一部件上的孔与另一部件上对应的孔连通，以使流体流过孔和连接器;该装置将孔截断使流入孔和连接器的流体中止，于是部件彼此拆开，以及一个闭锁机构，它是为了将两部件相互衔接并在它们进行连接时提供将两部件拉在一起的预紧力。

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