CN103776688B - 隔水管试验台法兰拉紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔水管试验台法兰拉紧装置，涉及石油天然气海上钻井用隔水管试验台的法兰拉紧装置。提供一种在对隔水管进行试验时使隔水管法兰的受力状态与它的实际受力状态接近的法兰拉紧装置。隔水管试验台法兰拉紧装置包括隔水管法兰和封堵法兰，隔水管法兰和封堵法兰通过拉紧装置连接，拉紧装置包括拉紧螺栓、拉紧螺母、驱动装置、驱动装置安装座和扭矩套筒；拉紧螺栓和拉紧螺母共同形成螺纹连接机构连接隔水管法兰和封堵法兰；驱动装置通过驱动装置安装座与封堵法兰连接；扭矩套筒驱动装置连接，套筒内设置有螺母孔，拉紧螺母位于螺母孔内并可沿螺母孔滑动。本发明可用于隔水管试验时，隔水管端面的封堵操作中。

Description

隔水管试验台法兰拉紧装置

技术领域

本发明涉及一种法兰拉紧装置，尤其涉及石油天然气海上钻井用隔水管试验台的法兰拉紧装置。

背景技术

在海上实施钻井时，需要在海底井口与海面钻井平台之间安装隔水管，以建立泥浆从海底井口返回海面钻井平台的通道。隔水管实际是一个高压管束，与主隔水管并列的还有压井、液压、泥浆增压、节流共五根直径不同、承压不同的高压管线，结构复杂；隔水管在作业过程中要承受自重、海流冲击力、张紧力、泥浆压力、液压力等复杂多变的载荷，工况恶劣。因此海上钻井作业对隔水管组件的安全性要求极高，必须利用隔水管试验装置对每一根隔水管组件单元作出厂检验，以检验其抗拉、抗压强度及连接密封性。

隔水管试验装置要完成对隔水管束单元的性能检测试验，必须用封堵法兰封闭隔水管束单元两端的法兰，以形成可进行打压试验的密闭空间。由于试验过程中管体内部将承受较大的液压，因此对法兰连接机构的性能有较高的要求。

国内外现有的隔水管试验台都用卡箍来连接封堵法兰和隔水管法兰，而实际隔水管法兰间是由均布的轴向螺栓连接，因此卡箍连接会导致隔水管法兰的受力状态与其实际受力状态不一致，且卡箍连接机构的结构复杂、庞大，操控性差。

为了解决现用隔水管试验台法兰连接件在试验时使隔水管法兰的受力状态与实际受力状态不一致的问题，以及简化试验台结构，隔水管法兰与封堵法兰的连接机构应尽量与隔水管实际工作时的法兰连接方式接近。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种在对隔水管进行试验时使隔水管法兰的受力状态与它的实际受力状态尽量接近，结构简单，连接自动化程度较高的隔水管试验台法兰拉紧装置。

为解决上述问题采用的技术方案是：隔水管试验台法兰拉紧装置包括隔水管法兰和封堵法兰，隔水管法兰和封堵法兰通过拉紧装置连接，拉紧装置包括拉紧螺栓、拉紧螺母、驱动装置、驱动装置安装座和扭矩套筒；拉紧螺栓和拉紧螺母共同形成螺纹连接机构连接隔水管法兰和封堵法兰；驱动装置通过驱动装置安装座与封堵法兰连接；扭矩套筒包括套筒主体和套筒底座，套筒底座与驱动装置连接，套筒主体内设置有横截面形状与拉紧螺母形状对应的螺母孔，拉紧螺母位于螺母孔内并可沿螺母孔滑动。

进一步的是：驱动装置安装座内设置有套筒孔，套筒孔的孔壁上设置有半圆槽；扭矩套筒位于套筒孔内，扭矩套筒外表面设置有半圆槽；套筒孔上的半圆槽和扭矩套筒上的半圆槽位置对应并共同形成滚珠槽，滚珠槽内填充有滚珠。

进一步的是：拉紧螺母和套筒底座之间设置有弹簧。

进一步的是：隔水管试验台法兰拉紧装置包括封堵，驱动装置安装座上设置有与滚珠槽连通的滚珠孔，封堵与驱动装置安装座连接并封闭滚珠孔。

进一步的是：隔水管试验台法兰拉紧装置包括锁紧钢球、小弹簧和具有钢球孔的压帽，拉紧螺栓上设置有锁紧孔，小弹簧位于锁紧孔内，压帽与拉紧螺栓连接并使锁紧钢球压缩小弹簧，锁紧钢球的一部分通过钢球孔凸出压帽表面；隔水管法兰上设置有限位槽，锁紧钢球凸出压帽的部分位于限位槽内。

进一步的是：拉紧螺栓包括螺栓头和螺栓杆，螺栓头形状为圆柱或圆锥形，螺栓头轴线和螺栓杆轴线间有距离；隔水管法兰的螺栓孔与螺栓头和螺栓杆表面贴合。

本发明的有益效果是：采用拉紧螺栓连接隔水管法兰和封堵法兰，隔水管法兰受理情况与实际工作中一致，并且结构较卡箍连接简单。利用驱动装置驱动扭矩套筒，再带动拉紧螺母旋转紧固，使隔水管法兰和封堵法兰连接操作具有较高的自动化程度。

附图说明：

图1是隔水管试验台法兰拉紧装置结构图；

图2是隔水管法兰和封堵法兰分开时的结构图；

图3是锁紧钢球处放大图；

图4是拉紧螺栓结构图；

图中标记为：拉紧螺栓1、滚珠孔2、拉紧螺母3、套筒孔4、扭矩套筒5、封堵6、滚珠7、驱动装置安装座8、驱动装置9、套筒底座10、弹簧11、套筒主体12、滚珠槽13、封堵法兰14、隔水管法兰15、螺栓孔16、压帽17、锁紧钢球18、钢球孔19、锁紧孔20、小弹簧21、螺栓头22、螺栓杆23。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

隔水管试验台法兰拉紧装置包括隔水管法兰15和封堵法兰14，隔水管法兰15和封堵法兰14通过拉紧装置连接，拉紧装置包括拉紧螺栓1、拉紧螺母3、驱动装置9、驱动装置安装座8和扭矩套筒5；拉紧螺栓1和拉紧螺母3共同形成螺纹连接机构连接隔水管法兰15和封堵法兰14；驱动装置9通过驱动装置安装座8与封堵法兰14连接；扭矩套筒5包括套筒主体12和套筒底座10，套筒底座10与驱动装置9连接，套筒主体12内设置有横截面形状与拉紧螺母3形状对应的螺母孔，拉紧螺母6位于螺母孔内并可沿螺母孔滑动。驱动装置9可以选用步进电机，也可以选用气动装置。拉紧螺母3可以选用普通的六角螺母。

采用拉紧螺栓1连接隔水管法兰15和封堵法兰14，隔水管法兰15受力情况与实际工作中一致，并且结构较卡箍连接简单。利用驱动装置9驱动扭矩套筒5，再带动拉紧螺母3旋转紧固，使隔水管法兰15和封堵法兰14连接操作具有较高的自动化程度。

为了避免扭矩套筒5摆动，驱动装置安装座8内设置有套筒孔4，套筒孔4的孔壁上设置有半圆槽；扭矩套筒5位于套筒孔4内，扭矩套筒5外表面设置有半圆槽；套筒孔4上的半圆槽和扭矩套筒5上的半圆槽位置对应并共同形成滚珠槽13，滚珠槽13内填充有滚珠7。驱动装置安装座8限制扭矩套筒5摆动。扭矩套筒5、驱动装置安装座8和滚珠7共同形成滚动轴承结构，减小扭矩套筒5与驱动装置安装座8相对旋转的摩擦力，同时相对在扭矩套筒5与驱动装置安装座8之间安装滚动轴承节省空间。推荐间隔设置两排滚珠槽13和滚珠7。

为了便于拉紧螺母3旋入拉紧螺栓1，拉紧螺母3和套筒底座10之间设置有弹簧11。弹簧11的弹力将拉紧螺母3顶向拉紧螺栓1，便于拉紧螺母3旋入拉紧螺栓1。

为了便于滚珠装入滚珠槽13，隔水管试验台法兰拉紧装置包括封堵6，驱动装置安装座8上设置有与滚珠槽13连通的滚珠孔2，封堵6与驱动装置安装座8连接并封闭滚珠孔2。通过滚珠孔2将滚珠7装入滚珠槽13，然后将封堵6与驱动装置安装座8连接封闭滚珠孔2，避免滚珠7掉出。

在拉紧螺母3旋入拉紧螺栓1过程中，弹簧11的推力会使拉紧螺栓1向外移动，需要提供防止拉紧螺栓1向外移动的力才能使拉紧螺母3能够旋入拉紧螺栓1。可以人为对拉紧螺栓1施加推力，但操作很不方便，本发明推荐方式如下：隔水管试验台法兰拉紧装置包括锁紧钢球18、小弹簧21和具有钢球孔19的压帽17，拉紧螺栓1上设置有锁紧孔20，小弹簧21位于锁紧孔20内，压帽17与拉紧螺栓1连接并使锁紧钢球18压缩小弹簧21，锁紧钢球18的一部分通过钢球孔19凸出压帽17表面；隔水管法兰15上设置有限位槽，锁紧钢球18凸出压帽17的部分位于限位槽内。通过锁紧钢球18的限位作用防止拉紧螺栓1外移。隔水管法兰15和封堵法兰14分开状态如图2所示，锁紧钢球18还可以防止隔水管法兰15和封堵法兰14分开时拉紧螺栓1掉出隔水管法兰15。

在拉紧螺母3旋入拉紧螺栓1过程中，显然拉紧螺栓1不能旋转。防止拉紧螺栓1旋转有多种方式，例如拉紧螺栓1的头部为六角头，在隔水管法兰15上制作六角形的孔，将拉紧螺栓1的头部放入该孔，但六角形的孔加工较麻烦，因此本发明采用以下方式：拉紧螺栓1包括螺栓头22和螺栓杆23，螺栓头22形状为圆柱或圆锥形，螺栓头22轴线和螺栓杆23轴线间有距离（即偏心）；隔水管法兰15的螺栓孔16与螺栓头22和螺栓杆23表面贴合。通过螺栓头22和螺栓杆23的偏心来防止拉紧螺栓1旋转，螺栓孔16为圆形或圆锥形，加工方便。

本发明操作方式如下：使用时，在拉紧封堵过程中首先使封堵法兰14靠拢隔水管法兰15；使拉紧螺栓1插入封堵法兰14，并顶住拉紧螺母3，压缩弹簧11，当封堵法兰14贴近隔水管法兰15，启动驱动装置9，通过扭矩套筒5驱动拉紧螺母3旋转，由于弹簧11把拉紧螺母3压在拉紧螺栓1的螺纹上，拉紧螺母3旋转时就旋入拉紧螺栓1，直到拉紧螺母3压紧封堵法兰14，当拉紧螺母3上的上扣扭矩达到额定值时驱动装置9停机，从而实现隔水管端面封堵。

Claims (5)

1.隔水管试验台法兰拉紧装置，包括隔水管法兰(15)和封堵法兰(14)，隔水管法兰(15)和封堵法兰(14)通过拉紧装置连接，其特征在于：拉紧装置包括拉紧螺栓(1)、拉紧螺母(3)、驱动装置(9)、驱动装置安装座(8)和扭矩套筒(5)；拉紧螺栓(1)和拉紧螺母(3)共同形成螺纹连接机构连接隔水管法兰(15)和封堵法兰(14)；驱动装置(9)通过驱动装置安装座(8)与封堵法兰(14)连接；扭矩套筒(5)包括套筒主体(12)和套筒底座(10)，套筒底座(10)与驱动装置(9)连接，套筒主体(12)内设置有横截面形状与拉紧螺母(3)形状对应的螺母孔，拉紧螺母(6)位于螺母孔内并可沿螺母孔滑动；

还包括锁紧钢球(18)、小弹簧(21)和具有钢球孔(19)的压帽(17)，拉紧螺栓(1)上设置有锁紧孔(20)，小弹簧(21)位于锁紧孔(20)内，压帽(17)与拉紧螺栓(1)连接并使锁紧钢球(18)压缩小弹簧(21)，锁紧钢球(18)的一部分通过钢球孔(19)凸出压帽(17)表面；隔水管法兰(15)上设置有限位槽，锁紧钢球(18)凸出压帽(17)的部分位于限位槽内。

2.根据权利要求1所述的隔水管试验台法兰拉紧装置，其特征在于：驱动装置安装座(8)内设置有套筒孔(4)，套筒孔(4)的孔壁上设置有半圆槽；扭矩套筒(5)位于套筒孔(4)内，扭矩套筒(5)外表面设置有半圆槽；套筒孔(4)上的半圆槽和扭矩套筒(5)上的半圆槽位置对应并共同形成滚珠槽(13)，滚珠槽(13)内填充有滚珠(7)。

3.根据权利要求2所述的隔水管试验台法兰拉紧装置，其特征在于：拉紧螺母(3)和套筒底座(10)之间设置有弹簧(11)。

4.根据权利要求3所述的隔水管试验台法兰拉紧装置，其特征在于：包括封堵(6)，驱动装置安装座(8)上设置有与滚珠槽(13)连通的滚珠孔(2)，封堵(6)与驱动装置安装座(8)连接并封闭滚珠孔(2)。

5.根据权利要求1至4任一项所述的隔水管试验台法兰拉紧装置，其特征在于：拉紧螺栓(1)包括螺栓头(22)和螺栓杆(23)，螺栓头(22)形状为圆柱或圆锥形，螺栓头(22)轴线和螺栓杆(23)轴线间有距离；隔水管法兰(15)的螺栓孔(16)与螺栓头(22)和螺栓杆(23)表面贴合。