CN106275330B - 一种水下控制模块弹簧式自动锁紧装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种水下控制模块弹簧式自动锁紧装置，主要由吊环、导向套、中心轴、支撑柱、内锁套、固定盖、锁芯、滑块、锁紧弹簧、回位弹簧、外锁套和导向头组成，用于水下控制模块上接盘与下接盘对接、锁紧和解锁。对接完成后释放吊环，在锁紧弹簧和回位弹簧的作用下实现自动锁紧，使水下控制模块与水下生产设备电、液等功能元件插接导通，并使各功能元件位置保持固定。水下控制模块需要维修、更换时，通过ROV上的机械手直接拉动吊环即可自动解锁，解决了传统方法中，通过ROV使用扭矩工具锁紧与解锁时操作过程耗时过长、锁紧困难的技术难题。本发明的自动锁紧装置内部结构紧凑，适合深水环境作业，对接、锁紧及解锁效率显著提高。

Description

一种水下控制模块弹簧式自动锁紧装置
技术领域
本发明涉及一种自动锁紧装置，尤其涉及一种水下控制模块弹簧式自动锁紧装置，属于海洋工程技术领域。
背景技术
水下控制模块是深海采油的关键设备，研究水下控制模块对发展我国的深海采油、保证我国的石油安全具有十分重要的意义。水下控制模块主要功能是控制水下生产系统的各个阀门，监控水下生产系统的状态，并且及时向海面上的设备反馈海底设备信息，同时协调水面生产平台与水下生产系统各部分的功能。水下控制模块锁紧装置是水下控制模块(SCM)的重要组成部分，是海底采油设备控制系统的核心装置，大部分的水下控制模块上接盘与水下控制模块下接盘进行对接锁紧，并直接安装在水下采油树、水下管汇等所要控制的设备上，完成电、液等功能元件的导通。锁紧装置可以实现各功能元件的位置固定，可以保证水下控制模块本体的结构稳定性，以抵抗海流和水下生产设备运转时产生振动的影响。对于水下可替换装备而言，更需要高效的锁紧装置，以实现快速锁紧及解锁，便于深水作业及ROV的操作。
国外针对水下控制模块的特点研制了多种对接锁紧方式，随着水深的不同，其锁紧方式也不尽相同，控制锁紧和解锁控制原理多数采用静密封螺杆传动机理，并使用ROV来辅助锁紧，由于ROV扭矩工具不能准确的旋转螺母丝杠，使操作过程耗时过长，锁紧和解锁困难。海底恶劣的环境使水下控制模块本身重心不稳，而锁紧机构内部结构抵抗变形能力太差，解锁时常常出现卡死，轻则损坏锁紧机构，重则使整个SCM报废。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的不足而提供一种水下控制模块弹簧式自动锁紧装置，主要完成水下控制模块上接盘与下接盘的对接、锁紧和解锁。对接完成后释放吊装机构，在锁紧弹簧和回位弹簧的作用下实现自动锁紧，使水下控制模块与水下生产设备电、液等功能元件插接导通，并使各功能元件的位置保持固定。当水下控制模块需要维修、更换时，可通过ROV上的机械手直接拉动吊装机构即可自动解锁，有效的解决了传统方法中，通过ROV使用扭矩工具锁紧与解锁时操作过程耗时过长，锁紧困难的技术难题。该种自动锁紧装置内部结构紧凑，安装与拆卸简单，适合深水环境作业，使对接、锁紧及解锁效率显著提高。
本发明的目的是这样实现的：包括壳体、分别设置在壳体两端的下接盘和顶盖、设置在水下生产设施上的下接盘，下接盘的中心位置设置有外锁套，顶盖的中心位置上安装有导向套，吊环与中心轴连接后中心轴的端部依次穿过导向套和，中心轴的端部固连有内锁套，内锁套的底端固连有导向头，内锁套与导向头形成的空间内右上至下依次设置有固定盖、锁芯和回位弹簧，固定盖的上固连有四根导向柱，四根导向柱的上端穿过内锁套的上端且四根导向柱的上端部与上接盘固连，固定盖与锁芯固定连接，所述锁芯上端设置有十字交叉状的四个限位槽，每个限位槽中设置有具有斜面的滑块，且滑块与限位槽之间设置有水平方向的限位弹簧，且滑块的斜面端伸出至内锁环的圆柱表面上设置的凹槽外，所述凹槽的上端是水平面、下端设置是与滑块的斜面相配合的斜面，滑块的上端面与外锁套内设置的阶梯台配合。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.每个限位槽的底部设置有排水孔和导向槽，每个滑块的两侧面设置有与限位槽两侧面配合的限位块，每个滑块的底部设置有与导向槽配合的插块。
2.所述下接盘上表面设置有公液压插头和公电接头，且公液压插头和公电接头均沿着下接盘的周向成圆形布置，所述上接盘下表面设置有与公液压插头配合的母液压插头和与公电接头配合的母电接头。
3.所述上接盘的下表面设置有导向销，所述下接盘的上表面设置有与导向销配合的孔。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明的锁紧装置采用简单经济的弹簧式自动锁紧结构，有效的解决了传统的ROV使用扭矩工具锁紧与解锁时操作过程耗时过长，锁紧困难的技术难题；2、本发明的锁紧装置内部弹性结构的设计，使其在水下抵抗变形能力显著增强，解决了解锁时锁紧装置经常性卡死的难题；3、本发明的锁紧装置解决了在水下恶劣环境中传统锁紧方法螺母丝杠传动效率低，稳定性差的问题，使对接解锁效率显著提高。
本发明主要用于水下控制模块上接盘与下接盘的对接、锁紧和解锁，对接完成后使吊装机构与吊环脱开，在锁紧弹簧、回位弹簧的作用下实现上下对接盘的自动锁紧，使水下控制模块与水下生产设备的电、液等功能元件导通，完成各功能元件的位置固定，当水下控制模块需要维修、更换时，可通过ROV上的机械手，直接拉动吊环即可自动解锁，有效的解决了传统方法中，通过ROV使用扭矩工具锁紧与解锁时操作过程耗时过长，锁紧困难的技术难题，该种自动锁紧装置内部结构紧凑，安装与拆卸简单，适合深水环境作业，使对接、锁紧及解锁效率显著提高。
附图说明
图1是本发明总体结构示意图；
图2是本发明锁紧装置原理图；
图3是本发明锁芯内部结构图；
图4是本发明锁紧装置结构图；
图5是本发明上接盘结构简图；
图6是本发明下接盘结构简图。
图中：1.下接盘，2.上接盘，3.壳体，4.顶盖，5.导向套，6.吊环，7.中心管，8.中心轴，9.定位销，10.公液压接头，11.母液压接头，12.公电接头，13.母电接头，14.支撑柱，15.固定盖，16.锁芯，161.限位槽，162.排水孔，163.导向槽，17.滑块，171.限位块，172.插块，18.外锁套，19.锁紧弹簧，20.内锁套，21.回位弹簧，22.导向头。
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。
如图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明主要安装在水下控制模块对接盘上，用于固定水下控制模块。水下控制模块壳体3和上接盘2、顶盖4连接成一个整体，下接盘1安装在水下生产设施上，如采油树、水下管汇。
水下控制模块弹簧式自动锁紧装置，主要由吊环6、导向套5、中心轴8、支撑柱14、内锁套20、固定盖15、锁芯16、滑块17、锁紧弹簧19、回位弹簧21、外锁套18和导向头22组成。导向套5用螺栓安装在水下控制模块顶盖4上。中心轴8和吊环6通过螺纹连接，并可沿着导向套5上下移动，中心轴8、内锁套20和导向头22用螺栓连接成一个整体。固定盖15上下分别与支撑柱14和锁芯16用螺栓连接，最后将其安装到上接盘2上。外锁套18用螺钉安装在下接盘1上。
锁紧弹簧19安装在锁芯16的四个限位槽161内，回位弹簧21安装在锁芯16和导向头22之间。滑块17两侧设计有限位块171，底部有插块172，锁芯16上四个限位槽161底部有导向槽163和排水孔162，限位块171用于防止滑块17与锁芯16脱离，插块172与导向槽163配合，使滑块17收缩自如，避免出现卡顿。水下控制模块对接完成吊装机构释放吊环，回位弹簧推动内锁套向下移动，在锁紧弹簧作用下使滑块能弹出内锁套，卡到外锁套上，实现锁紧。
本发明主要用于水下控制模块上接盘2与下接盘1的对接、锁紧和解锁，对接完成后使吊装机构与吊环6脱开，在锁紧弹簧19、回位弹簧21的作用下实现上下对接盘的自动锁紧，使水下控制模块与水下生产设备的电、液等功能元件导通，完成各功能元件的位置固定，当水下控制模块需要维修、更换时，可通过ROV上的机械手，直接拉动吊环6即可自动解锁，有效的解决了传统方法中，通过ROV使用扭矩工具锁紧与解锁时操作过程耗时过长，锁紧困难的技术难题，该种自动锁紧装置内部结构紧凑，安装与拆卸简单，适合深水环境作业，使对接、锁紧及解锁效率显著提高。
使用时，将本发明安装到水下控制模块后，由下放装置将水下控制模块送到指定的采油设备上，操作员通过水下机器人上的监视器找到下接盘1，通过监视器调整吊车的方位，进而调整水下控制模块与下接盘1的对接位置，水下控制模块对接时首先通过定位销9来进行粗定位，使水下控制模块能够保持在准确的方向上，在继续下放的过程中，由水下控制模块上接盘2的内锁套20和下接盘1上外锁套18进行精确定位对接，与此同时，数个母液压接头11与母电接头13与其对应的公接头进行对接。当所有接头对接到位后，继续下放水下控制模块到达指定位置后，松开吊环6，中心轴8与内锁套20在回位弹簧21的作用下复位，在锁紧弹簧19作用下使滑块17能弹出内锁套20，卡到外锁套18上，实现非ROV手动操作的自动锁紧。
当需要将水下控制模块和下接盘1解锁时，直接吊装机构拉动吊环6使其沿着导向套5向上带动中心轴向上滑动，中心轴8带动内锁套20向上移动，内锁套20作用在滑块17外斜面上的力使其沿限位槽161压回锁芯16内，同时向上移动水下控制模块，进而实现水下控制模块上接盘2与下接盘1的解锁，然后由回收工具将上接盘收回。

Claims (5)

1.一种水下控制模块弹簧式自动锁紧装置，其特征在于：包括壳体、分别设置在壳体两端的下接盘和顶盖、设置在水下生产设施上的下接盘，下接盘的中心位置设置有外锁套，顶盖的中心位置上安装有导向套，吊环与中心轴连接后中心轴的端部依次穿过导向套和顶盖，中心轴的端部固连有内锁套，内锁套的底端固连有导向头，内锁套与导向头形成的空间内由上至下依次设置有固定盖、锁芯和回位弹簧，固定盖上固连有四根导向柱，四根导向柱的上端穿过内锁套的上端且四根导向柱的上端部与上接盘固连，固定盖与锁芯固定连接，所述锁芯上端设置有十字交叉状的四个限位槽，每个限位槽中设置有具有斜面的滑块，且滑块与限位槽之间设置有水平方向的限位弹簧，且滑块的斜面端伸出至内锁套的圆柱表面上设置的凹槽外，所述凹槽的上端是水平面、下端设置是与滑块的斜面相配合的斜面，滑块的上端面与外锁套内设置的阶梯台配合。
2.根据权利要求1所述的一种水下控制模块弹簧式自动锁紧装置，其特征在于：每个限位槽的底部设置有排水孔和导向槽，每个滑块的两侧面设置有与限位槽两侧面配合的限位块，每个滑块的底部设置有与导向槽配合的插块。
3.根据权利要求1或2所述的一种水下控制模块弹簧式自动锁紧装置，其特征在于：所述下接盘上表面设置有公液压插头和公电接头，且公液压插头和公电接头均沿着下接盘的周向成圆形布置，所述上接盘下表面设置有与公液压插头配合的母液压插头和与公电接头配合的母电接头。
4.根据权利要求1或2所述的一种水下控制模块弹簧式自动锁紧装置，其特征在于：所述上接盘的下表面设置有导向销，所述下接盘的上表面设置有与导向销配合的孔。
5.根据权利要求3所述的一种水下控制模块弹簧式自动锁紧装置，其特征在于：所述上接盘的下表面设置有导向销，所述下接盘的上表面设置有与导向销配合的孔。
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