CN105587932B - 一种新型海底管道连接器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型海底管道连接器，包括用于连接两个管路的基本体和对称设置在基本体外表面两侧的两个挤压环，所述基本体是以中间过渡段为基准的管状对称式结构，中间过渡段的两侧的基本体上分别设置有承载环，所述基本体上还对称设置有两个球形凸起，所述基本体的内表面的两端对称设置有螺纹，每个所述挤压环的端部设置有与承载环配合的套杯，挤压环的内表面依次设置第一内锥面、第一内柱面、第二内锥面和第二内柱面，所述基本体的内表面还设置有密封环，且密封环位于球形凸起的下方。本发明结构简单，能快速可靠的实现破损管道的连接。

Description

一种新型海底管道连接器

技术领域

本发明涉及一种管道连接器，尤其涉及一种新型海底管道连接器，属于海底管道连接器领域。

背景技术

海底管道连接器作为海底管道维修系统中的一个重要组成，能修复并连接破损的管道，降低经济损失的同时，保护了海洋环境。目前管道的连接方法主要有：焊接、螺栓法兰连接、卡箍连接、卡爪连接等，这几种方法的连接机具结构复杂，操作过程繁琐，费用高，而且失效的可能性高，不能达到在紧急情况下实现快速可靠连接的要求。

虽然国内对管道连接器的研究还处于起步阶段，但是哈尔滨工程大学的海洋智能机械研究所已经研究出了若干种海底管道连接器，做出了样机，但都没有投入实际生产和应用。其设计的各种连接器的主要不足是连接可靠性不高，不能抵抗很大的轴向载荷，而且2个密封环的连接器的加工过于复杂。本申请只拥有一个密封环和凸起，但密封效果与单个密封环的密封效果相当。该连接器与哈尔滨工程大学海洋智能机械研究所的机械自适应管道连接器有相似之处，但是在关键部位的尺寸参数变化以及结构形式变化，是具有突破性进展的。本申请把两个密封环减少到一个，但密封性能不降低，同时增加到两个螺纹段，间距为30mm，增大了抵抗轴向外力的能力，同时减小压力环楔形面的角度到2度，连接过程的行程增大，加载更稳定，与机械自适应连接器相比，它的轴向安装加载力大大降低。而且，该连接器的密封凸起圆与下端的密封环结构有一个微小的偏心距，这就弥补了加载过程中连接器的凸起的轴向微小塑性变形，使得密封接触面的接触更加均匀可靠，并且一种新型海底管道连接器的安装过程也与机械自适应管道连接器的不同。

发明内容

本发明的目的是为了能快速可靠的实现破损管道连接、操作简单而提供一种结构简单的适用于4英寸的海底管道的新型海底管道连接器。该连接器的应用可大大提高维修效率、降低维修成本，增加连接器的可靠连接时间，特别适用于4英寸的管道修复或连接。

本发明的目的是这样实现的：包括用于连接两个管路的基本体和对称设置在基本体外表面两侧的两个挤压环，所述基本体是以中间过渡段为基准的管状对称式结构，中间过渡段的两侧的基本体上分别设置有承载环，所述基本体上还对称设置有两个球形凸起，且所述球形凸起位于对应承载环的旁侧，所述基本体的内表面的两端对称设置有螺纹，每个所述挤压环的端部设置有与承载环配合的套杯，挤压环的内表面依次设置第一内锥面、第一内柱面、第二内锥面和第二内柱面，第一内锥面与套杯的连接处形成与承载环端面配合的止推面，所述第一内柱面与球形凸起配合，第二内柱面与基本体的具有螺纹段的外表面配合，所述基本体的内表面还设置有密封环，且密封环位于球形凸起的下方。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述中间过渡段是环形槽结构。

2.所述螺纹段在工作过程中嵌入至对应管道的外表面。

3.每个螺纹段的周向均匀设置有八个小槽。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明加工连接可靠，操作方便，适用于4英寸管道的快速可靠连接。本发明的整体结构简单，仅由3个部分组成，而且连接器的密封功能只由基体的密封环实现，连接器所受的外载荷由螺纹段承受。这种单密封环多螺纹段的结构与多密封环单螺纹段相比，密封性能相当(多密封环中的主密封环失效时，其他密封环也会相继失效)，但连接更可靠，加工制造成本更低。本发明只拥有一个密封环和凸起，但密封效果与单个密封环的密封效果相当。本发明把两个密封环减少到一个，但密封性能不降低，同时增加到两个螺纹段，间距为30mm，增大了抵抗轴向外力的能力，同时减小压力环楔形面的角度到2度，连接过程的行程增大，加载更稳定，与机械自适应连接器相比，它的轴向安装加载力大大降低。而且，本发明的密封凸起圆与下端的密封环结构有一个微小的偏心距，这就弥补了加载过程中连接器的凸起的轴向微小塑性变形，使得密封接触面的接触更加均匀可靠。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的挤压环未安装之前的结构示意图；

图3是本发明的挤压环安装之后的结构示意图；

图4是本发明的挤压环的结构示意图；

图5是本发明的基本体的结构示意图；

图6是本发明的三维结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图6，本发明的一种新型海底管道连接器，在连接器安装时，首先通过水下机器人确定破损段管道的位置及大小，根据破损大小确定切除管道的长度并预制具有相同管径、材料和壁厚的新管道，新管道的长度比切除部份略短，便于连接时管道的安装与对接。然后从作业船下放4台提管架，调整到指定位置。提管架抬起管道使其离开海底一段距离，用管道切割机具在预定位置对管道进行切割，将切割下来的管道通过缆绳回收到操作船。从作业船下放预制管道，由提管架提起到指定位置，通过提管架调节先连接的两个管口的位置，使其对正。根据连接器的尺寸，在被连接管道的两端，标记挤压环2、4初始位置。之后对齐、安装管道连接器，先将连接器安装在待连接管道1的一端，移动连接器使挤压环4到达标记位置，管道端部卡在基本体3的管道止推面24上，实现轴向定位，再移动预制管道25，使挤压环2到达标记位置，预备管道25端面卡在管道止推面28上。之后加载连接机具，连接机具的装夹板嵌入连接器基本体3中部环形槽中，由外置液压源装置驱动连接机具的液压活塞产生收缩运动，带动挤压环4向连接器中心移动至止推面16接触承载环10右端面停止移动。在挤压环4移动过程中，其上的内锥面19依此挤压螺纹段5、7，使其嵌入到管道1外表面，保证连接器与管道1的相对位置固定，使连接过程中连接器能承受复杂外力。螺纹段5、7周向均匀分布的八个小槽21，有利于连接过程中螺纹段5、7的径向收缩，可防止其周向失稳，小槽21宽度由安装结束后螺纹段5、7的径向收缩量决定。挤压环4上的内锥面17向左挤压球形突起8，使其产生向左的塑性变形，抵消其相对密封环11向右的偏心距，使球形突起8的圆心与密封环11的中心线相互重合，球形突起8同时向下挤压密封环11，密封环11紧紧咬合在管道1外表面，依靠与管道1之间的金属塑性变形实现密封。挤压环4的内柱面18、20紧紧压在球形突起8和螺纹段5、7的外表面，防止连接器松动。之后由外置液压源装置驱动连接机具的液压活塞产生收缩运动，带动挤压环2向连接器中心移动至止推面16接触承载环10左端面停止移动。至此，完成了预备管道25一端与待连接管道1一端的连接。移动连接工具至第二连接处，连接过程与第一连接处一致，最后回收连接工具。

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1、4、5、6，本发明由挤压环2、挤压环4、基本体3组成，挤压环2、挤压环4为轴对称结构，且对称布置于基本体3的外端，基本体3为轴对称结构，套在管道上。

结合图2、3、5，本发明的基本体3主要由密封环11，球形突起8，螺纹段5、螺纹段7，过渡段3、6、9、12，过度圆弧22、23，管道止推面24、28组成。螺纹段5、7上沿周向均匀分布的8个小槽21组成，螺纹段5、7通过过渡段6相连，螺纹段7通过过渡段12与球形突起8相连，球形突起8通过过渡段9与承载环10相连，承载环10之间通过过渡段13连接，球形突起8与过渡段9通过过度圆弧23连接，球形突起8与过渡段12通过过度圆弧22连接。

结合图3、4，挤压环2由套环14、止推面16，连接机具定位圆柱面15，内锥面17、19，内柱面18、20组成，安装前套环14套在承载环10上，内柱面20、18的内径分别小于螺纹段5、7以及球形突起8的外径。

结合图1、3，安装时，首先将基本体3与连接机具轴向卡紧，实现基本体3在连接过程中的轴向定位，然后在外部连接机具的轴向载荷作用下，挤压环4沿接头轴线向中部运动，迫使连接器基本体上的球形突起8产生径向收缩，密封环11径向收缩，紧紧咬合住管道1表面，同时连接器基本体3外端的螺纹段5、7被压进管道1表面，管道1一端与连接器一端连接完毕，接着用同样的方法推动挤压环2对预备管道25一端与连接器另一端进行连接，移动连接机具，对管道1另一端进行连接。

本发明的安装过程如下：

(1)在管道表面标记管道需要插入连接器内部深度；

(2)将待维修管道1一端插入连接器基本体3内部，直到标记深度；

(3)将预备管道25一端插入连接器基本体3内部，直到标记深度；

(4)外部连接机具轴向加载基本体3外部的挤压环4，使挤压环4向基体3中部运动，达到预定位置；

(5)同样由外部加载机具轴向加载基本体3外部的挤压环2，将其推向接头中部至预定位置，完成待维修管道1一端和预备管道25一端的连接。

(6)撤走连接机具，对管道1另一端进行连接

一种新型海底管道连接器，其主要由挤压环2、挤压环4和基本体3组成。基本体3套在管道上，靠连接机具轴向定位，挤压环2、挤压环4分别套在基本体3的两端。基本体3与管道间通过塑形变形后的金属挤压实现密封，密封性能可靠；挤压环2、挤压环4具有楔形面和平面的交替结构，便于液压缸推动其沿着基本体3的轴向移动，实现压紧。

挤压环2、4由套环14、止推面16，连接机具定位圆柱面15，第一内锥面17、第二内锥面19，第一内柱面18、第二内柱面20组成，安装前套环14套在承载环10上，内柱面20、18的内径小于螺纹段5、7以及球形突起8的外径。

基本体3主要由密封环11，球形突起8，螺纹段5、螺纹段7，过渡段3、6、9、12，过度圆弧22、23，管道止推面24、28，螺纹段5、7上沿周向均匀分布的8个小槽21组成，螺纹段5、7通过过渡段6相连，螺纹段7通过过渡段12与球形突起8相连，球形突起8通过过渡段9与承载环10相连，承载环10之间通过过渡段13连接，球形突起8与过渡段9通过过度圆弧23连接，球形突起8与过渡段12通过过度圆弧22连接。

本发明的目的在于提供一种结构简单、连接可靠的一种新型海底管道连接器的设计，该连接器适用外径4英寸管道的快速可靠连接。在连接器安装时，首先将基本体3与连接机具轴向卡紧，实现基本体3在连接过程中的轴向定位，然后在外部连接机具的轴向载荷作用下，挤压环2沿接头轴线向中部运动，迫使连接器基本体上的球形突起8产生径向收缩，密封环11径向收缩，紧紧咬合住管道1表面，同时连接器基本体3外端的螺纹段5、7被压进管道1表面，完成对管道1的连接，以同样的方法连接管道的另外一端。

本发明提供的是一种用于海底管道连接或修补的新型海底管道连接器。连接器由挤压环2、挤压环4和基本体3组成。挤压环2、挤压环4和基本体3为轴对称结构。当管道放入基本体3内，挤压环2、挤压环4在轴向力的作用下分别紧紧压在球面突起8和球面26上，球面突起8向下挤压密封环11，球面突起26向下挤压密封环27，实现可靠的密封。挤压环2和挤压环4分别套在基本体3的外侧，套环14套在承载环10上，由连接工具分两次进行安装。安装工具产生轴向力，挤压环4在力的作用下，沿轴线向内移动，在过盈量的作用下，迫使基本体3上的球形突起8径向收缩，同时基本体3上密封环11径向收缩，紧紧的压在管道1表面上，产生牢固的密封，与此同时基本体3上的螺纹段5、螺纹段7紧紧压在管道1上，压入管道内部抱紧管道，抵抗各种外力。管道1一端与连接器一端连接完毕，接着用同样的方法推动挤压环2，对预备管道25一端与连接器另一端进行连接。最后移动连接机具，对管道1另一端进行连接

一种新型海底管道连接器，它由挤压环2、挤压环4和基本体3组成。修复一段管道需要左右共2组连接器将新管段与已有管道连接起来，此连接过程需要进行2次才能完成修复工作，修复管道需要经过如下程序。首先通过水下机器人确定破损段管道的位置及大小，根据破损大小确定切除管道的长度并预制具有相同管径、材料和壁厚的新管道，新管道的长度比切除部份略短，便于连接时管道的安装与对接。然后从作业船下放4台提管架，调整到指定位置。提管架抬起管道使其离开海底一段距离，用管道切割机具在预定位置对管道进行切割，将切割下来的管道通过缆绳回收到操作船。从作业船下放预制管道，由提管架提起到指定位置，通过提管架调节先连接的两个管口的位置，使其对正。根据连接器的尺寸，在被连接管道的两端，标记挤压环2、4初始位置。之后对齐、安装管道连接器，先将连接器安装在待连接管道1的一端，移动连接器使挤压环4到达标记位置，管道端部卡在基本体3的管道止推面24上，实现轴向定位，再移动预制管道25，使挤压环2到达标记位置，预备管道25端面卡在管道止推面28上。之后加载连接机具，连接机具的装夹板嵌入连接器基本体3中部环形槽中，由外置液压源装置驱动连接机具的液压活塞产生收缩运动，带动挤压环4向连接器中心移动至止推面16接触承载环10右端面停止移动。在挤压环4移动过程中，其上的内锥面19依此挤压螺纹段5、7，使其嵌入到管道1外表面，保证连接器与管道1的相对位置固定，使连接过程中连接器能承受复杂外力。螺纹段5、7周向均匀分布的八个小槽21，有利于连接过程中螺纹段5、7的径向收缩，可防止其周向失稳，小槽21宽度由安装结束后螺纹段5、7的径向收缩量决定。挤压环4上的内锥面17向左挤压球形突起8，使其产生向左的塑性变形，抵消其相对密封环11向右的偏心距，使球形突起8的圆心与密封环11的中心线相互重合，球形突起8同时向下挤压密封环11，密封环11紧紧咬合在管道1外表面，依靠与管道1之间的金属塑性变形实现密封。挤压环4的内柱面18、20紧紧压在球形突起8和螺纹段5、7的外表面，防止连接器松动。之后由外置液压源装置驱动连接机具的液压活塞产生收缩运动，带动挤压环2向连接器中心移动至止推面16接触承载环10左端面停止移动。至此，完成了预备管道25一端与待连接管道1一端的连接。移动连接工具至第二连接处，连接过程与第一连接处一致，最后回收连接工具。

挤压环2、4由套环14、止推面16，连接机具定位圆柱面15，内锥面17、19，内柱面18、20组成，安装前套环14套在承载环10上，内柱面18、20的内径分别小于球形突起8以及螺纹段5、7的外径。

基本体3主要由密封环11，球形突起8，螺纹段5、螺纹段7，过渡段3、6、9、12，过度圆弧22、23，管道止推面24、28，螺纹段5、7上沿周向均匀分布的8个小槽21组成，螺纹段5、7通过过渡段6相连，螺纹段7通过过渡段12与球形突起8相连，球形突起8通过过渡段9与承载环10相连，承载环10之间通过过渡段13连接，球形突起8与过渡段9通过过度圆弧23连接，球形突起8与过渡段12通过过度圆弧22连接。

Claims (3)

1.一种新型海底管道连接器，其特征在于：包括用于连接两个管路的基本体和对称设置在基本体外表面两侧的两个挤压环，所述基本体是以中间过渡段为基准的管状对称式结构，中间过渡段的两侧的基本体上分别设置有承载环，所述基本体上还对称设置有两个球形凸起，且所述球形凸起位于对应承载环的旁侧，所述基本体的内表面的两端对称设置有螺纹且每端具有两个螺纹段，且每个螺纹段的周向均匀设置有八个小槽，每个所述挤压环的端部设置有与承载环配合的套杯，挤压环的内表面依次设置第一内锥面、第一内柱面、第二内锥面和第二内柱面，第一内锥面与套杯的连接处形成与承载环端面配合的止推面，所述第一内柱面与球形凸起配合，第二内柱面与基本体的具有螺纹段的外表面配合，所述基本体的内表面还设置有密封环，且密封环位于球形凸起的下方。

2.根据权利要求1所述的一种新型海底管道连接器，其特征在于：所述中间过渡段是环形槽结构。

3.根据权利要求1或2所述的一种新型海底管道连接器，其特征在于：所述螺纹段在工作过程中嵌入至对应管道的外表面。