CN104019303B - 自适应双密封钢珠夹持水下管道连接器 - Google Patents

自适应双密封钢珠夹持水下管道连接器 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供自适应双密封钢珠夹持水下管道连接器，球形基体相对于基体外腔有3个转动自由度，当连接两根轴线不重合的管道时，调整球形基体与基体外腔的相对位置，使得第一管道与第二管道顺利放入第一球笼和第二球笼中且管道的末端抵达管道止推面，紧固双头螺柱上的螺母，法兰环与基体外腔在轴向力的作用下紧紧压在球形基体的球面上，使得球形基体与基体外腔的相对位置得到固定，同时金属密封圈在轴向力的作用下紧紧压在球形基体的球面上，实现球形基体与基体外腔之间的可靠密封。本发明能实现具有±10°以内轴线倾角的两根管道之间的连接。

Description

自适应双密封钢珠夹持水下管道连接器
技术领域
本发明涉及的是一种管道连接器，具体地说是水下管道连接器。
背景技术
对于海底管道的修复连接方法，目前主要有：水下干式仓焊接、螺栓法兰连接、卡箍连接等，这些方法连接过程操作复杂、对被连接管道的相对位置要求高，在紧急情况下不能实现快速的连接，失效的可能性高，阻碍了管道高效可靠的连接。
发明内容
本发明的目的在于提供适用于水下两管道连接的自适应双密封钢珠夹持水下管道连接器。
本发明的目的是这样实现的：
本发明自适应双密封钢珠夹持水下管道连接器，其特征是：包括第一密封夹持机构、第二密封夹持机构、球型铰链；第一密封夹持机构包括均为空心结构的缸体、夹持推进器和球笼，缸体里分别设置管道止推面和密封圈定位面，夹持推进器内壁上分别设置钢珠环形通道和钢珠条形通道，钢珠环形通道和钢珠条形通道之间相互交叉形成楔形槽，球笼壁面上设置锥孔，锥孔上均设置钢珠，夹持推进器安装在缸体里，夹持推进器端部固定有法兰，法兰与缸体上端通过第一双头螺栓相连，球笼安装在夹持推进器里，球笼上的钢珠与钢珠环形通道、钢珠条形通道和楔形槽相配合，夹持推进器与密封圈定位面之间依次安装第一密封圈挡环、第一管道橡胶密封圈、第二密封圈挡环、第二管道橡胶密封圈；第二密封夹持机构与第一密封夹持机构结构相同、对称布置，球型铰链包括球形基体、法兰环、基体外腔，球形基体包括相连的圆柱部分和球形部分，圆柱部分与第一密封夹持机构的缸体相连，基体外腔与第二密封夹持机构的缸体相连，法兰环和基体外腔内壁均为弧形，法兰环和基体外腔内壁与球形基体的球形部分相配合，法兰环和基体外腔通过第二双头螺双相连。
本发明还可以包括：
1、缸体上分别设置定位孔、缸体进油孔、缸体排水孔，夹持推进器上分别设置推进器进油口、推进器排水孔。
2、第一密封夹持机构的夹持推进器与第一密封圈挡环之间安装球笼挡圈，球笼挡圈与夹持推进器固连，球笼挡圈里安装导向销，导向销上套有弹簧，球笼端部设置导向孔，导向销端部安装在导向孔里，弹簧顶在球笼端部上。
3、第一密封夹持机构的夹持推进器的钢珠条形通道沿夹持推进器内壁均匀设置，钢珠条形通道之间相隔15度。
本发明的优势在于：本发明提供的自适应双密封钢珠夹持水下管道连接器能实现具有±10°以内轴线倾角的两根管道之间的连接，通过调节球型基体、基体外腔、法兰环之间的相对位置适应轴线有夹角的管道连接；夹持推进器设计为一个整体，结构简单，夹持推进器上的沿周向均匀分布的12个钢珠条形通道与沿轴向均匀分布的4个钢珠环形通道解决了钢珠与球笼整体的安装，夹持推进器、球笼、钢珠、球笼挡圈可整体轴向移动，同时挤压密封圈挡环，实现夹持管道与密封的功能；夹持推进器安装完毕后，通过缸体进油孔与推进器进油口注入液压油、海水经过推进器排水孔与缸体排水孔流到自适应双密封钢珠夹持水下管道连接器封闭腔外，防止海水腐蚀内部结构。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的局部示意图；
图3为本发明的球笼示意图；
图4为本发明的缸体示意图；
图5为本发明的夹持推进器示意图；
图6为本发明的密封圈挡环示意图。
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1～6，本发明自适应双密封钢珠夹持水下管道连接器由20个双头螺栓2、20个螺母3、20个弹簧垫圈4、2个橡胶密封圈5，5'、2个端盖6，6'、20个端盖螺钉7，7'、2个夹持推进器8，8'、2个橡胶密封圈9，9'、96个钢珠10，10'、2个球笼11，11'、4个排水口螺钉12，12'、2个球笼挡圈14，14'、20个挡圈螺钉13，13'、20个弹簧20，20'、20个导向销33，33'、2个密封圈挡环21，21'、2个管道橡胶密封圈23，23'、2个密封圈挡环24，24'、2个管道橡胶密封圈25，25'、8个定位球22，22'、8个定位螺钉15，15'、8个定位弹簧16，16'、2个缸体17，17'、2个橡胶密封圈26，26'、20个螺钉18，18'、球形基体19、法兰环27、金属密封圈28、基体外腔29、20个弹簧垫圈30、20个螺母31、10个双头螺柱32组成。球笼11，11'主要由球笼肩11.2、球笼肩11.2上周向均匀分布的10个通孔11.1、球笼11，11'内周向及轴向均匀分布的48个锥孔11.3组成。夹持推进器8，8'主要由沿周向均匀分布的10个螺纹盲孔8.1、法兰8.9、法兰8.9上沿周向均匀分布的10个通孔8.3、沿周向均匀分布的10个螺纹盲孔8.7、推进器进油孔8.8、推进器排水孔8.4、沿周向均匀分布的12个钢珠条形通道8.5、沿轴向均匀分布的4个钢珠环形通道8.6、沿周向及轴向均匀分布的48个楔形槽8.2组成。在密封夹持机构组装时，48个钢珠10，10'在润滑脂的作用下粘在球笼11，11'的48个锥孔11.3内，球笼11，11'沿轴向放入夹持推进器8，8'内，并且保持48个钢珠10，10'分布在夹持推进器8，8'上的12个钢珠条形通道8.5内，球笼11，11'轴向移动到达极限位置后，周向旋转球笼11，11'至15°，继续轴向移动球笼11，11'使得48个钢珠10，10'位于夹持推进器8，8'上轴向均匀分布的48个楔形槽8.2内，拧紧10个挡圈螺钉13，13'，使得10个弹簧20，20'处于压缩状态，弹簧20，20'产生的轴向力可保持48个钢珠10，10'位于夹持推进器8，8'上轴向均匀分布的48个楔形槽8.2内。调整球形基体19与基体外腔29的相对位置，使得管道1，1'能顺利放入球笼11，11'中且管道的末端抵达管道止推面17.8，紧固双头螺柱32上的螺母31，法兰环27与基体外腔29在轴向力的作用下轴向移动，同时金属密封圈28紧紧压在球形基体19的球面上，实现球形基体19与基体外腔29之间的可靠的密封。紧固一端密封夹持机构上的10个双头螺栓2上的螺母3，在力的作用下，夹持推进器8，8'沿轴线移动，推动密封圈挡环21，21'挤压管道橡胶密封圈23，23'、密封圈挡环24，24'与管道橡胶密封圈25，25'，定位球22，22'径向移动，管道橡胶密封圈23，23'和管道橡胶密封圈25，25'由于轴向挤压产生径向膨胀变形，紧紧压在管道1，1'的外表面上，实现管道与连接器之间可靠密封。同时，夹持推进器8，8'的轴向移动，使得夹持推进器8，8'的楔形槽8.2与球笼11，11'中的48个钢珠10，10'相互挤压，使得球笼11，11'中的48个钢珠10，10'嵌入管道1，1'的外表面，抱紧管道，抵抗各种复杂的环境外力。连接管道1，1'完毕后，由管道1，1'、夹持推进器8，8'、缸体17，17'、橡胶密封圈5，5'、橡胶密封圈9，9'与管道橡胶密封圈23，23'形成密闭容腔，打开互成180°的排水口螺钉12，12'，向缸体17，17'上的缸体进油孔17.4内注入高压油，排除维修过程中自适应双密封钢珠夹持水下管道连接器内部的海水，防止腐蚀，拧紧排水口螺钉12，12'。
球笼11，11'主要由球笼肩11.2、球笼肩11.2上周向均匀分布的10个通孔11.1、球笼11，11'周向及轴向均匀分布的48个锥孔11.3组成。
缸体17主要由10个沿周向均匀分布的螺纹盲孔17.5、密封圈凹槽17.6、沿周向均匀分布的4个定位孔17.3、缸体进油孔17.4、缸体排水孔17.9、沿周向均匀分布的10个螺纹盲孔17.1、密封圈凹槽17.2、密封圈定位面17.7、管道止推面17.8组成。
夹持推进器8主要由沿周向均匀分布的10个螺纹盲孔8.1、法兰8.9、法兰8.9上沿周向均匀分布的10个通孔8.3、沿周向均匀分布的10个螺纹盲孔8.7、推进器进油口8.8、推进器排水孔8.4、沿周向均匀分布的12个钢珠条形通道8.5、沿轴向均匀分布的4个钢珠环形通道8.6、沿周向及轴向均匀分布的48个楔形槽8.2组成。其中，楔形槽8.2又包括大端8.2.2和小端8.2.1。
球形基体19相对于基体外腔29有3个转动自由度，当连接两根轴线不重合的管道时，调整球形基体19与基体外腔29的相对位置，使得管道1与管道1'顺利放入球笼11和球笼11'中且管道的末端抵达管道止推面17.8，紧固双头螺柱32上的螺母31，法兰环27与基体外腔29在轴向力的作用下紧紧压在球形基体19的球面上，使得球形基体19与基体外腔29的相对位置得到固定，同时金属密封圈28在轴向力的作用下紧紧压在球形基体19的球面上，实现球形基体19与基体外腔29之间的可靠密封。
本发明提供的自适应双密封钢珠夹持水下管道连接器能够对被连接管道提供可靠的密封，缸体17的内腔与管道外壁之间有两道密封圈，分别为管道橡胶密封圈23及管道橡胶密封圈25，管道橡胶密封圈25的一侧靠在缸体17的密封圈定位面17.7上，管道橡胶密封圈23与管道橡胶密封圈25通过密封圈挡环24隔离，密封圈挡环21靠在管道橡胶密封圈23上，密封圈挡环21的外圆柱面上在周向均匀分布了4个球形孔面21.1，装配时，4个球形孔面21.1分别与缸体17的4个定位孔17.3对准，定位球22、定位弹簧16、定位螺钉15位于定位孔17.3中，在定位弹簧16的弹力作用下，定位球22紧紧贴在密封圈挡环21的球形孔面21.1中，可对密封圈挡环21起定位作用，从而防止管道橡胶密封圈23与管道密橡胶封圈25的轴向窜动，调节定位螺钉15在定位孔17.3中的深度可改变定位弹簧16的弹力大小。连接管道时，紧固双头螺栓2上的螺母3，夹持推进器8及与其相连的球笼挡圈14在轴向力的作用下产生轴向位移，球笼挡圈14轴向移动一段距离后与密封圈挡环21接触，传递给密封圈挡环21轴向力，此时密封圈挡环21受到的轴向力远大于定位球22的作用力，密封圈挡环21发生轴向位移并挤压管道橡胶密封圈23与管道橡胶密封圈25，管道橡胶密封圈23和管道橡胶密封圈25由于轴向挤压产生径向收缩变形，紧紧压在管道1的外表面上，实现管道与连接器之间的可靠密封。
本发明提供的自适应双密封钢珠夹持水下管道连接器能够对被连接管道提供夹持力，使管道能抵抗各种外力。夹持推进器8沿周向及轴向均匀分布的48个楔形槽8.2。连接管道时，紧固双头螺栓2上的螺母3，夹持推进器8在轴向力的作用下产生轴向位移，在楔形槽8.2的作用下，球笼11中的48个钢珠10产生径向位移，嵌入管道1的外表面，抱紧管道，抵抗各种复杂的环境外力。球笼11与球笼挡圈14之间通过沿周向均匀分布的10个弹簧20相连，弹簧20提供的轴向力使球笼11推动钢珠10紧紧靠近楔形槽的小端8.2.1，增加了钢珠10与管道之间的摩擦力，在紧固双头螺栓2上的螺母3时，可防止钢球在管道1外壁的轴向滑动。
球形基体19与缸体17通过沿缸体周向均匀分布的10个螺钉18连接，球形基体19与缸体17通过橡胶密封圈26密封。球形基体19相对于基体外腔29有3个转动自由度，当连接两根轴线不重合的管道时，调整球形基体19与基体外腔29的相对位置，使得管道1与管道1'顺利放入球笼11和球笼11'中且管道的末端抵达管道止推面17.8，紧固双头螺柱32上的螺母31，法兰环27与基体外腔29在轴向力的作用下紧紧压在球形基体19的球面上，使得球形基体19与基体外腔29的相对位置得到固定，同时金属密封圈28在轴向力的作用下紧紧压在球形基体19的球面上，实现球形基体19与基体外腔29之间的可靠密封。
结合图2、6，缸体17的内腔与管道外壁之间有两道密封圈，分别为管道橡胶密封圈23及管道橡胶密封圈25，管道橡胶密封圈25的一侧靠在缸体17的密封圈定位面17.7上，管道橡胶密封圈23与管道橡胶密封圈25通过密封圈挡环24隔离，密封圈挡环21靠在管道橡胶密封圈23上，密封圈挡环21的外圆柱面上在周向均匀分布了4个球形孔面21.1，装配时，4个球形孔面21.1分别与缸体17的4个定位孔17.3对准，定位球22、定位弹簧16、定位螺钉15位于定位孔17.3中，在定位弹簧16的弹力作用下，定位球22紧紧贴在密封圈挡环21的球形孔面21.1中，可对密封圈挡环21起定位作用，从而防止管道橡胶密封圈23及管道橡胶密封圈25的轴向窜动，调节定位螺钉15在定位孔17.3中的深度可改变定位弹簧16的弹力大小。连接管道时，紧固双头螺栓2上的螺母3，夹持推进器8及与其相连的球笼挡环14在轴向力的作用下产生轴向位移，球笼挡环14轴向移动一段距离后与密封圈挡环21接触，传递给密封圈挡环21轴向力，此时密封圈挡环21受到的轴向力远大于定位球22的作用力，密封圈挡环21发生轴向位移并挤压管道橡胶密封圈23与管道橡胶密封圈25，管道橡胶密封圈23和管道橡胶密封圈25由于轴向挤压产生径向收缩变形，紧紧压在管道1的外表面上，实现管道与连接器之间的可靠密封。夹持推进器8沿周向及轴向均匀分布的48个楔形槽8.2。连接管道时，紧固双头螺栓2上的螺母3，夹持推进器8在轴向力的作用下产生轴向位移，在楔形槽8.2的作用下，球笼11中的48个钢珠10产生径向位移，嵌入管道1的外表面，抱紧管道，抵抗各种复杂的环境外力。球笼11与球笼挡环14之间通过沿周向均匀分布的10个弹簧20相连，弹簧20提供的轴向力使球笼11推动钢珠10紧紧靠近楔形槽的小端8.2.1，增加了钢珠10与管道之间的摩擦力，在紧固双头螺栓2上的螺母3时，可防止钢球在管道1外壁的轴向滑动。
结合图2、3、5，夹持推进器8沿周向均匀分布了12个钢珠条形通道8.5、沿轴向均匀分布了4个钢珠环形通道8.6、沿周向及轴向均匀分布了48个楔形槽8.2。在装配时，先将钢珠10放入球笼11的圆孔11.3中，然后将带有钢珠10的球笼11沿着钢珠条形通道8.5送入夹持推进器的内腔中直至球笼11不能继续轴向移动，此时将球笼11顺(逆)时针转动15°，使钢珠10顺利到达楔形槽8.2的大端8.2.2，最后将球笼挡圈14通过挡圈螺钉13固定在夹持推进器8上。
结合图4、5，缸体17上的缸体进油孔17.4、缸体排水孔17.9以及夹持推进器8上的推进器进油口8.8、推进器排水孔8.4用于连接管道结束后排出连接器内部的海水。液压油从缸体进油孔17.4进入，经推进器进油口8.8进入连接器内部，从而使连接器内部的海水由推进器排水孔8.4经缸体排水孔17.9排出。
安装过程如下：
调整球形基体19与基体外腔29的相对位置，将管道1与管道1'放入球笼11和球笼11'中且管道的末端抵达管道止推面17.8；
用工具将20个螺母31加载到预定载荷；
用工具将20个螺母3加载到预定载荷，使夹持推进器8沿轴线到达预定位置，完成管道1的连接；
同理，完成对管道1'的连接；
将液压油从缸体进油孔17.4通入，经推进器进油口8.8进入连接器内部，使连接器内部的海水由推进器排水孔8.4经缸体排水孔17.9排出。

Claims (5)

1.自适应双密封钢珠夹持水下管道连接器，其特征是：包括第一密封夹持机构、第二密封夹持机构、球型铰链；第一密封夹持机构包括均为空心结构的缸体、夹持推进器和球笼，缸体里分别设置管道止推面和密封圈定位面，夹持推进器内壁上分别设置钢珠环形通道和钢珠条形通道，钢珠环形通道和钢珠条形通道之间相互交叉形成楔形槽，球笼壁面上设置锥孔，锥孔上均设置钢珠，夹持推进器安装在缸体里，夹持推进器端部固定有法兰，法兰与缸体上端通过第一双头螺栓相连，球笼安装在夹持推进器里，球笼上的钢珠与钢珠环形通道、钢珠条形通道和楔形槽相配合，夹持推进器与密封圈定位面之间依次安装第一密封圈挡环、第一管道橡胶密封圈、第二密封圈挡环、第二管道橡胶密封圈；第二密封夹持机构与第一密封夹持机构结构相同、对称布置，球型铰链包括球形基体、法兰环、基体外腔，球形基体包括相连的圆柱部分和球形部分，圆柱部分与第一密封夹持机构的缸体相连，基体外腔与第二密封夹持机构的缸体相连，法兰环和基体外腔内壁均为弧形，法兰环和基体外腔内壁与球形基体的球形部分相配合，法兰环和基体外腔通过第二双头螺栓相连。
2.根据权利要求1所述的自适应双密封钢珠夹持水下管道连接器，其特征是：缸体上分别设置定位孔、缸体进油孔、缸体排水孔，夹持推进器上分别设置推进器进油口、推进器排水孔。
3.根据权利要求1或2所述的自适应双密封钢珠夹持水下管道连接器，其特征是：第一密封夹持机构的夹持推进器与第一密封圈挡环之间安装球笼挡圈，球笼挡圈与夹持推进器固连，球笼挡圈里安装导向销，导向销上套有弹簧，球笼端部设置导向孔，导向销端部安装在导向孔里，弹簧顶在球笼端部上。
4.根据权利要求1或2所述的自适应双密封钢珠夹持水下管道连接器，其特征是：第一密封夹持机构的夹持推进器的钢珠条形通道沿夹持推进器内壁均匀设置，钢珠条形通道之间相隔15度。
5.根据权利要求3所述的自适应双密封钢珠夹持水下管道连接器，其特征是：第一密封夹持机构的夹持推进器的钢珠条形通道沿夹持推进器内壁均匀设置，钢珠条形通道之间相隔15度。
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