CN104712868A - 一种水下多路液压快速连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下多路液压快速连接装置，固定端总成的结构是，外壳的大喇叭口沿法兰上设置有安装接口，在外壳大喇叭口底板上安装有多个液压接头A，外壳底板轴心位置向下固定安装有锁紧套，锁紧套头部设置有齿槽，锁紧套外圆周开有多个定位滑槽，外壳内壁设置有导向键；移动端总成的结构是，包括中空结构的导向筒，导向筒上端口为小喇叭口，导向筒上段为圆盘形的导向筒面板，导向筒高出导向筒面板上表面的径向设置有多个定位销钉，沿导向筒面板圆周均布多个液压接头B，在导向筒筒体内套装有锁紧轴，导向筒下端口法兰与限位头及ROV端头一起固定连接。本发明的装置，操作简单，可靠性高。

Description

一种水下多路液压快速连接装置

技术领域

本发明属于石油钻采技术领域，涉及一种水下多路液压快速连接装置。

背景技术

海洋石油工程中，安装在海底的水下设备通过管线与水面控制设备相连接，水下设备上安装有大量各种功能的阀或控制装置，以实现钻采过程中对油气的控制。阀或控制装置所需的动力源位于平台或钻井船上，动力或控制信号通过脐带缆传递至水下设备，实现功能控制。为操作方便，脐带缆一般由多路液压管线构成，一端安装在平台动力设备上，另一端通过水下ROV安装在水下设备上。脐带缆和水下设备之间的接口连接采用多路液压接头，一般将多个接头安装在一个集成式连接装置的两端，以便实现一次性安装或拆卸。现有的连接装置在应用中存在如下问题：

1)接头对中的问题。由于水下安装只能依靠ROV远程操作，接头在安装时不易对中，易损坏。若提高对中结构的精度，水下安装时的阻力将增大，ROV提供的推力难以满足安装要求。

2)锁紧解锁的问题。液压接头连接后，管线通入液压液带压工作时，会产生反作用力使液压接头脱开，需设计相应的锁紧机构。同时，此机构在解除液压接头连接时也能实现解锁功能，锁紧解锁的操作繁琐，可靠性低。

目前国外已设计出不同类型的装置来实解决上述难题，但是还存在结构复杂，操作不可靠的情况，而我国海洋石油起步较晚，在此方面的研究、设计制造技术还处于空白状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种水下多路液压快速连接装置，解决了现有技术中存在的对中、锁紧解锁机构设置复杂，操作不可靠的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种水下多路液压快速连接装置，包括固定端总成和移动端总成，

所述的固定端总成的结构是，外壳的下部端口为大喇叭口，外壳大喇叭口沿法兰上设置有安装接口；在外壳大喇叭口底板上安装有多个具有自密封性能的液压接头A，每个液压接头A向上连接有对应的水下设备液压管线；外壳底板轴心位置向下固定安装有锁紧套，锁紧套头部设置有齿槽，锁紧套外圆周开有多个定位滑槽；外壳内壁设置有导向键3；

所述的移动端总成的结构是，包括中空结构的导向筒，导向筒上端口为小喇叭口，导向筒上段为圆盘形的导向筒面板，导向筒高出导向筒面板上表面的径向设置有多个定位销钉，沿导向筒面板圆周均布多个液压接头B；在导向筒筒体内套装有锁紧轴；导向筒下端口法兰与限位头及ROV端头一起固定连接。

本发明的水下多路液压快速连接装置，其特征还在于：

沿导向筒面板圆周上下固定安装有前壳体和后壳体；前壳体、导向筒面板、后壳体外圆表面同时对应开有与导向键配合的导向长槽。

锁紧轴的尾部通过内梯形螺纹向下与驱动轴头部的外梯形螺纹螺纹连接，驱动轴尾部为方头，中间一段外径大于首尾外径，利用耐磨圈与导向筒及限位头栓接后形成的内腔配合。

锁紧轴外圆表面设有导向滑槽，该导向滑槽与穿过导向筒插入的导向销钉配合。

锁紧轴表面的导向滑槽由三段构成，中间段为螺旋滑槽，首尾各连接一段直线滑槽。

本发明的有益效果是，采用机械驱动的集成接头，能实现多路液压接头同时连接或脱开，并能实现两个配合集成接头间的锁紧或解锁，结构紧凑，操作简单，可靠性高，可利用ROV完成操作，能够适应海洋深水环境使用的要求，可实现多路液压接头同时连接(或断开)，并实现接头之间锁紧(或解锁)的装置，用于水下防喷器、水下采油树、水下管汇、水下控制模块等水下设备。

附图说明

图1是本发明装置在解锁状态的结构示意图；

图2是本发明装置在锁紧状态的配合示意图；

图3为锁紧套2、锁紧轴7配合过程的局部剖视图；

图4为移动端总成与固定点总成连接或脱开时，锁紧套2内的齿槽与锁紧轴7上的齿块对应位置示意图。

图中，1.外壳，2.锁紧套，3.导向键，4.前壳体，5.导向筒面板，6.后壳体，7.锁紧轴，8.内腔，9.驱动轴，10.导向筒，11.限位头，12.ROV端头，13.耐磨圈，14.导向销，15.脐带缆液压管线，16.定位销，17.液压接头B，18.液压接头A，19.水下设备液压管线，20.头部端面，21.轴肩。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1、图2、图3、图4，本发明的水下多路液压快速连接装置包括固定端总成和移动端总成，图1中的移动端总成与固定端总成之间为解锁状态，

固定端总成的结构是，外壳1的下部端口为大喇叭口，外壳1大喇叭口沿法兰上设置有安装接口，用于将固定端总成固定在水下设备上(如水下采油树或水下管汇)；在外壳1大喇叭口底板上安装有多个具有自密封性能的液压接头A18，每个液压接头A18向上连接有对应的水下设备液压管线19；外壳1底板轴心位置向下固定安装有锁紧套2，锁紧套2头部设置有齿槽，锁紧套2外圆周开有多个定位滑槽；外壳1内壁设置有导向键3，提供初始导向功能；

移动端总成的结构是，包括中空结构的导向筒10，导向筒10上端口为小喇叭口，以便与锁紧套2配合插入，导向筒10上段为圆盘形的导向筒面板5，导向筒10高出导向筒面板5上表面的径向设置有多个定位销钉16，定位销钉16用于与锁紧套2的定位槽对应插入，沿导向筒面板5圆周均布多个液压接头B17，液压接头B17与液压接头A18一一对应；沿导向筒面板5圆周上下固定安装有前壳体4和后壳体6，前壳体4和后壳体6共同起着保护液压接头B17的作用；在导向筒10筒体内套装有锁紧轴7，锁紧轴7的头部带有用于锁紧的齿牙，锁紧轴7外圆表面设有导向滑槽，该导向滑槽与穿过导向筒10插入的导向销钉14配合，控制锁紧轴7的转动；导向筒10下端口法兰与限位头11及ROV端头12一起固定连接，以便ROV抓取整个移动端总成；锁紧轴7的尾部通过内梯形螺纹向下与驱动轴9头部的外梯形螺纹螺纹连接，驱动轴9尾部为方头，采用ROV操作连接配合至固定端总成上，可传递扭矩，中间一段外径大于首尾外径，利用耐磨圈13与导向筒10及限位头11栓接后形成的内腔配合，限制驱动轴9的轴向相对运动，而不影响其周向相对转动；前壳体4、导向筒面板5、后壳体6外圆表面同时对应开有与导向键3配合的导向长槽。在移动端总成与固定端总成连接配合的过程中，导向键3与该轴向长槽配合，形成具有一定间隙的初步导向，并限制两者发生相对转动的角度；移动一定距离后，定位销钉16进入锁紧套2表面对应的定位滑槽，形成间隙更小的导向定位功能，并限制两者更小角度的相对转动，以保证液压接头之间的配合公差。

液压接头B17通过螺纹或挡圈安装在导向筒面板5上，液压接头B17的接头尾部与脐带缆上液压管线15相连；液压接头A18通过螺纹或挡圈安装在外壳1的底板上，接头尾部与水下设备上的液压管线19相连。

多个液压接头B17及液压接头A18也可以是电接头，或液压、电接头均有。

外壳1开口处为喇叭口形状，喇叭口内表面安装有导向键3，前壳体4前端为锥面形状，前壳体4、导向筒面板5、后壳体6上开有大小相同方位一致的轴向导向槽，可使导向键3在槽内滑行实现导向。

锁紧轴7头部带有齿牙，锁紧套2头部带有齿槽，方位对齐后齿牙可从齿槽中穿过，方位错开时齿牙将被锁紧套2头部的非齿槽部分挡住无法穿过。

锁紧轴7表面带有导向滑槽，滑槽由三段构成，中间段为螺旋滑槽，首尾各连接一段直线滑槽。

导向销钉14固定于导向筒10外壁，尾部穿过筒壁插入锁紧轴7表面的导向滑槽内，形成间隙配合，导向销钉14可在导向滑槽内发生相对滑动。

锁紧轴7尾部与驱动轴9间采用梯形螺纹传动，或是其他形式传动螺纹传动。

驱动轴9尾部为方头，或其他形式的ROV接口。

限位头11与导向筒10之间螺栓连接或焊接，形成限位结构与驱动轴9阶梯轴部位及耐磨圈13配合，限制驱动轴9的轴向相对移动。

耐磨圈13也可以是止推轴承。

定位销钉16可滑入锁紧套2表面的定位滑槽，定位销钉16与定位滑槽内壁为间隙配合，可限制固定端总成与移动端总成之间的相对转动，避免液压接头B17和液压接头A18承受转矩。

本发明装置的工作过程是：

1)固定端总成和移动端总成之间的锁紧过程

固定端总成安装固定在水下设备上，ROV机械手抓取移动端总成上的ROV端头12将其移动至固定端总成开口侧并对中，ROV机械手将移动端总成沿轴向推向固定端总成，在外壳1的大喇叭口、导向键3与移动端总成上的导向长槽、导向筒10小喇叭口与锁紧套2、定位销钉16与锁紧套2表面定位滑槽的四次导向作用下，固定端总成上的液压接头A18与移动端总成上的液压接头B17逐步精确对中，同时锁紧轴7头部的齿牙穿过锁紧套2头部的齿槽位插入锁紧套2筒体内，如图3所示。用扭矩工具顺时针转动驱动轴9尾部的方头，驱动轴9由于受导向筒10及限位头11的限制，轴向无法发生位移，只能原位转动，而锁紧轴7轴向无限位，在梯形螺纹和导向滑槽直线段和螺旋段的作用下，依次实现相对于固定端总成的轴向直线运动和设定角度的转动，此安装步骤中，锁紧轴7和驱动轴9形成的空腔8的体积持续变小，移动端总成与固定端总成持续拉近，液压接头B17和液压接头A18相互靠近直至接头端面完全对应贴合，此时锁紧轴7及驱动轴9之间的运动停止，由于梯形螺纹的自锁作用，移动端总成和固定端总成实现锁紧，如附图2所示。

2)固定端总成和移动端总成之间的解锁过程

解锁是锁紧的逆向过程，ROV扭矩扳手反向旋转驱动轴9尾部的方头，锁紧轴7与驱动轴9发生相对轴向运动，此时空腔8体积逐渐变大，运动过程中，锁紧轴7在梯形螺纹和导向滑槽直线段和螺旋段的作用下依次实现直线运动和设定角度的转动，使锁紧轴7头部齿牙与锁紧套2头部齿槽对齐，再用ROV机械手将移动端总成拉出。若多个液压接头A18和液压接头17脱开时的总的阻力大于ROV机械手的最大工作拉力时，可继续逆时针旋转驱动轴9的方头，使得锁紧轴7的轴肩21轴向移动至锁紧套2的头部端面20并顶紧，如图4所示，轴肩21与锁紧套2头部端面20相顶并产生相互作用力，使得液压接头A18和液压接头B17相互脱开，实现移动端总成从固定端上整体解锁，见图1。

本发明设计了一种水下多路液压快速连接装置，用于海洋石油水下钻采系统，由固定端总成与移动端总成组成。固定端总成安装固定在水下设备上如水下采油树等，并与水下设备的控制管线相连。移动端总成通过脐带缆与水下分配单元SDU或其他液压源相连。固定端总成和移动端总成上分别装有可配对连接的液压接头，通过水下ROV使移动端总成与固定端总成对接并锁紧后，液压接头配对连通，液压源通过脐带缆和连接装置将液压液输送给水下设备的控制模块，实现各种液压控制功能。水下多路液压快速连接装置结构紧凑、操作简单、可靠性高，完全适应水下尤其是海洋深水作业的工作需求。

Claims (5)

1.一种水下多路液压快速连接装置，其特征在于：包括固定端总成和移动端总成，

所述的固定端总成的结构是，外壳(1)的下部端口为大喇叭口，外壳(1)大喇叭口沿法兰上设置有安装接口；在外壳(1)大喇叭口底板上安装有多个具有自密封性能的液压接头A(18)，每个液压接头A(18)向上连接有对应的水下设备液压管线；外壳(1)底板轴心位置向下固定安装有锁紧套(2)，锁紧套(2)头部设置有齿槽，锁紧套(2)外圆周开有多个定位滑槽；外壳(1)内壁设置有导向键3；

所述的移动端总成的结构是，包括中空结构的导向筒(10)，导向筒(10)上端口为小喇叭口，导向筒(10)上段为圆盘形的导向筒面板(5)，导向筒(10)高出导向筒面板(5)上表面的径向设置有多个定位销钉(16)，沿导向筒面板(5)圆周均布多个液压接头B(17)；在导向筒(10)筒体内套装有锁紧轴(7)；导向筒(10)下端口法兰与限位头(11)及ROV端头(12)一起固定连接。

2.根据权利要求1所述的水下多路液压快速连接装置，其特征在于：所述的沿导向筒面板(5)圆周上下固定安装有前壳体(4)和后壳体(6)；前壳体(4)、导向筒面板(5)、后壳体(6)外圆表面同时对应开有与导向键(3)配合的导向长槽。

3.根据权利要求1所述的水下多路液压快速连接装置，其特征在于：所述的锁紧轴(7)的尾部通过内梯形螺纹向下与驱动轴(9)头部的外梯形螺纹螺纹连接，驱动轴(9)尾部为方头，中间一段外径大于首尾外径，利用耐磨圈(13)与导向筒(10)及限位头(11)栓接后形成的内腔配合。

4.根据权利要求1所述的水下多路液压快速连接装置，其特征在于：所述的锁紧轴(7)外圆表面设有导向滑槽，该导向滑槽与穿过导向筒(10)插入的导向销钉(14)配合。

5.根据权利要求1所述的水下多路液压快速连接装置，其特征在于：所述的锁紧轴(7)表面的导向滑槽由三段构成，中间段为螺旋滑槽，首尾各连接一段直线滑槽。