CN107166113A - 自适应水下椭圆管道连接器 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油储运领域，具体地，涉及一种自适应水下椭圆管道连接器，适用于水下椭圆管道的局部更换与维修。自适应水下椭圆管道连接器，包括连接管，其中，连接管内设有密封装置，连接管两端均通过紧固装置对密封装置进行密封。相对于现有技术，本发明的密封装置的自我适应调节能力使得此连接器能对椭圆管道实现简便有效的密封，解决了椭圆管道密封性能不佳的问题；避免了对椭圆管道因椭圆校正产生的塑性变形，延长椭圆管道的使用寿命；规避了椭圆管道的椭圆校正过程，减少了连接器水下安装的困难度，降低施工成本；橡胶密封环与气门嘴的配合，使得连接器密封装置的检修和更换十分便利。

Description

自适应水下椭圆管道连接器

技术领域

本发明属于石油储运领域，具体地，涉及一种自适应水下椭圆管道连接器，适用于水下椭圆管道的局部更换与维修。

背景技术

水下油气管道在运营一段时间之后，在侵蚀、外力等诸多因素的作用下，管道的某一位置可能会出现损伤或泄漏，需要对其进行维修。对于存在泄露或局部破坏的水下油气管道的维修，通常采用截断管道破损段，使用连接器对接新管段的方法。而原始水下油气管道由于制作工艺、外力以及截断操作等因素的影响，原始管道截断端部可能存在一定的椭圆度，按照船级社的相关规定，允许管道存在一定的椭圆度而无需被废弃，本发明中称这种管道为椭圆管道。椭圆管道会影响连接器与管道的对接以及密封效果。从查阅的文献资料发现，对于椭圆管道的连接，常规做法是先对椭圆管道的端部进行椭圆校正，后完成密封和紧固，但这种做法会使得椭圆管端产生塑性变形，从而影响管道的使用寿命，目前还未有专门针对椭圆管道的连接器。针对椭圆管道存在连接困难、密封性能不佳及椭圆校正产生塑性变形等问题，需要对现有连接器进行改进，研发出适应椭圆管道的连接器。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种自适应水下椭圆管道连接器，其密封装置通过密封环内高压流体与环境之间的压力差，以及密封圈的弹性，实现对椭圆管道的自适应，从而解决椭圆管道密封性能不佳和椭圆校正产生塑性变形的问题，更好的实现水下椭圆管道的连接与维修。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

自适应水下椭圆管道连接器，包括连接管，其中，连接管内设有密封装置，连接管两端均通过紧固装置对密封装置进行密封。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、密封装置的自我适应调节能力使得此连接器能对椭圆管道实现简便有效的密封，解决了椭圆管道密封性能不佳的问题。

2、避免了对椭圆管道因椭圆校正产生的塑性变形，延长椭圆管道的使用寿命。

3、规避了椭圆管道的椭圆校正过程，减少了连接器水下安装的困难度，降低施工成本。

4、橡胶密封环与气门嘴的配合，使得连接器密封装置的检修和更换十分便利。

5、压力检测装置能够对连接器的密封情况进行检查，实现对连接器密封情况的定期检测。

附图说明

图1是水下椭圆管道连接器结构三维示意图。

图2是水下椭圆管道连接器俯视图。

图3a是图2剖面示意图(无管道示意图)。

图3b是图2剖面示意图(有管道示意图)。

图4是密封圈结构局部示意图。

图5是椭圆管道自适应密封过程示意图。

其中：1、连接管，2、密封装置，3、紧固装置，4、螺杆，5、螺母，6、中间滑块，7、端部滑块，8、椭圆管道；11、连接管中间凸起，12、螺栓孔；21、第一密封环，211、第一密封环空腔，212、气门嘴，213、注入螺栓孔，214、细螺栓，215、细螺栓垫圈；22、第二密封环，221第二密封环空腔；31推压楔块，32、紧固环，33、端部密封环，34、推进环；61、检测螺栓孔，62、测试孔，63、粗螺栓，64、粗螺栓垫圈。

具体实施方式

如图1至图5所示，自适应水下椭圆管道连接器，包括连接管1，连接管1内设有密封装置2，连接管两端均通过紧固装置3对密封装置2进行密封。

连接管1为金属圆管，金属圆管关于轴向中面对称，并且自适应水下椭圆管道连接器亦关于轴向中面对称；连接管1两端分别沿周向均匀布置8个螺栓孔12，通过螺杆4和螺母5实现连接管1、密封装置2和紧固装置3之间的连接和力的传递；连接管1沿轴向中面设有连接管中间凸起11，连接管中间凸起11呈环状，连接管中间凸起11两侧设置端部滑块7，连接管中间凸起11用于确定端部滑块7和椭圆管道8的位置。

密封装置2，包括：第一密封环21、第二密封环22；由连接管中间凸起11向外依次设有端部滑块7、第一密封环21、中间滑块6、第二密封环22。

端部滑块7为金属圆环，外径与连接管1内径相同，内径与连接管中间凸起11内径相同；端部滑块7一侧与连接管中间凸起11接触，另一侧与第一密封环21相切，用于第一密封环21的定位。

第一密封环21为空心橡胶圆环，外径与连接管1内径相同，内径与连接管中间凸起11相同；第一密封环21内设置第一密封环空腔211，第一密封环21上设有气门嘴212，第一密封环空腔211用于放置流体，气门嘴212实现对第一密封环空腔211内流体的置换和密封；连接管1上设有注入螺栓孔213、细螺栓214和细螺栓垫圈215，气门嘴212带有端部凸起，端部凸起与注入螺栓孔213的内端配合并定位，为流体的置换提供通道；注入螺栓孔213为径向圆孔，外端与细螺栓214和细螺栓垫圈215配合，阻隔自适应水下椭圆管道连接器内外介质的交换，也在流体置换后实现对第一密封环空腔211内流体的第二道密封。

中间滑块6为金属圆环，外径与连接管1内径相同，内径与连接管中部凸起11内径相同，并分别与第一密封环21与第二密封环22相切，实现密封环之间力的传递。中间滑块6中设有检测螺栓孔61，其中检测螺栓孔61为径向设置的圆孔，内部有橡胶套筒，套筒略比检测螺栓孔61长，在外端面形成凸起；连接管1上设有测试孔62，也是径向设置的圆孔，测试孔62的直径为检测螺栓孔61直径的3倍；检测螺栓孔61靠近连接管1端部一侧与测试孔62靠近连接管1端部一侧位置重合，检测螺栓孔61内橡胶套筒的端部凸起与测试孔62内端配合并定位，一起构成密封检测通道；密封检测时，通过检测螺栓孔61和测试孔62组成的通道向密封环中间注入液体并用压力机检测压力变化情况以判断密封情况；测试孔62外端与粗螺栓63和粗螺栓垫圈64配合，阻隔自适应水下椭圆管道连接器内外介质的交换。

第二密封环22的结构及其与连接管1的连接结构与第一密封环21的结构及其与连接管1的连接结构相同。

紧固装置3，包括：推压楔块31、紧固环32、端部密封环33、推进环34；推压楔块31、紧固环32、端部密封环33、推进环34由内向外依次设置。

推压楔块31外径与连接管1内径相同，并与连接管1内端面接触，推压楔块31内径处远离连接管的一侧设置为倾斜面，外侧直径大内侧直径小；推压楔块31的内端与第二密封环22外测接触，实现对第二密封环22的挤压。

紧固块32远离连接管1一端为圆管，外径与连接管1端部外径相同，沿周向均匀布置8个螺栓孔，螺栓孔位置与连接管1上螺栓孔12位置对应，紧固块32内径处设有容纳端部密封环33的凹槽；紧固块32靠近连接管1一端外径为与推压楔块31的内径相配合的倾斜面，内径处为齿条状，便于对管道的紧固；紧固块32倾斜面与推压楔块31倾斜面接触实现定位，安装时紧固块32向连接管中间凸起11方向运动，在推压楔块31的挤压下同时也向管道方向运动，齿条向管道挤压实现对连接器的紧固作用，同时向连接管中间凸起11处的轴向运动也为连接器提供密封驱动力。

端部密封环33为橡胶圆环，其轴向长度大于紧固块32内径外端部形成内部凹槽的长度，并与紧固块32内部凹槽配合实现定位，通过推进环34与紧固块32的挤压实现密封。

推进环34为金属圆环，内径为倾斜面，便于连接器的水下安装；外径与连接管1端部外径一致，推进环34上沿周向均匀布置8个螺栓孔，螺栓孔位置分别与紧固块32和连接管1的螺栓孔位置对应，通过螺杆4和螺母5实现连接管1、紧固块32和推进环34之间的连接和力的传递；通过螺母4的挤压实现对端部密封环33的挤压，实现端部密封，并为连接器的紧固和密封提供驱动力。

结合图4、图5，当管道套入连接器中，连接器处于预紧状态，此时第一密封环21与椭圆管道8各处的压力和间距不一，如图5中左图所示；此时打开细螺栓214，通过注入螺栓孔213和气门嘴212采用真空泵抽出空腔211内的气体，再使用注流装置，向空腔211内注入高压流体，由于压力差、流体的流动性和橡胶材料的弹性，空腔211内的流体会自动分布，使得第一密封环21与椭圆管道8之间各处的压力值和间距一致，实现对椭圆管道的预密封，对其它密封圈进行相同的操作，如图5右图所示。

如图2、图3a、图3b所示，安装时拧紧螺母5，推动推进环34向连接管中部凸起11处运动，首先与紧固块32接触，同时挤压端部密封环33实现端部密封；然后在推进环34和推压楔块31的共同作用下，紧固块32的齿条向连接管中间凸起11和半径减小的方向运动，使得齿条压向管道，实现连接器对管道的抱紧；同时紧固块32也推动着推压楔块31向连接管中间凸起11运动，为连接器提供密封驱动力。推进推压楔块31挤压第二密封环22，再利用中间滑块6和端部滑块7挤压第一密封环21，使第一密封环21和第二密封环22产生变形从而实现密封。

完成连接器的安装后，通过检测螺栓孔61和测试孔62，向第一密封环21和第二密封环22中间注入液体，再利用压力表检测压力变化情况，以此来检测连接器的密封性能。检测完成后拧紧粗螺栓63，通过粗螺栓垫圈64阻隔自适应水下椭圆管道连接器内外介质的交换。

此外，由于水下环境的腐蚀性强，因此连接器整体除去第一密封环21和第二密封环22都应采用耐腐蚀的金属材料；在紧固块32的齿条处应使用高强度金属，便于实现对管道的紧固。

根据上述连接器的优选实施方式，密封环应采用强度高，弹性好，耐腐蚀的橡胶材料；气门嘴应使用密封性能好，弹性好，耐腐蚀，耐高压的橡胶材料。此外，气门嘴外径应略大于密封环的缺口直径，实现气门嘴与密封环之间的密封。

一种管道对接方法，采用上述自适应水下椭圆管道连接器，安装过程如下：

将管道8放入连接器中且管道的末端应抵达连接管中部凸起11的侧面；

将16个螺母5加载到预定载荷；

抽出第一密封环空腔211、第二密封环空腔221内的气体并注入高压流体，实现第一密封环21、第二密封环22对椭圆管道8的预密封；

将16个螺母5加载到预定载荷，使得连接器完成对椭圆管道的密封与紧固，完成对管道8的连接；

用压力表分别对第一密封环21与第二密封环22进行压力检测，判断密封性能，完成安装。

Claims (10)

1.一种自适应水下椭圆管道连接器，包括连接管，其特征在于，连接管内设有密封装置，连接管两端均通过紧固装置对密封装置进行密封。

2.根据权利要求1所述的自适应水下椭圆管道连接器，其特征在于，连接管为金属圆管，金属圆管关于轴向中面对称，并且自适应水下椭圆管道连接器亦关于轴向中面对称；连接管两端分别沿周向均匀布置8个螺栓孔，通过螺杆和螺母实现连接管、密封装置和紧固装置之间的连接和力的传递；连接管沿轴向中面设有连接管中间凸起，连接管中间凸起呈环状。

3.根据权利要求1-2所述的自适应水下椭圆管道连接器，其特征在于，密封装置，包括：第一密封环、第二密封环；由连接管中间凸起向外依次设有端部滑块、第一密封环、中间滑块、第二密封环。

4.根据权利要求1-3所述的自适应水下椭圆管道连接器，其特征在于，端部滑块为金属圆环，端部滑块外径与连接管内径相同，端部滑块内径与连接管中间凸起内径相同；端部滑块一侧与连接管中间凸起接触，另一侧与第一密封环相切，用于第一密封环的定位。

5.根据权利要求1-4所述的自适应水下椭圆管道连接器，其特征在于，第一密封环为空心圆环，第一密封环外径与连接管内径相同，第一密封环内径与连接管中间凸起相同；第一密封环内设置第一密封环空腔，第一密封环上设有气门嘴；连接管上设有注入螺栓孔、细螺栓和细螺栓垫圈，气门嘴带有端部凸起，端部凸起与注入螺栓孔的内端配合并定位；注入螺栓孔为径向圆孔，外端与细螺栓和细螺栓垫圈配合。

6.根据权利要求1-5所述的自适应水下椭圆管道连接器，其特征在于，中间滑块为金属圆环，中间滑块外径与连接管内径相同、内径与连接管中部凸起内径相同，并分别与第一密封环与第二密封环相切，实现密封环之间力的传递；中间滑块中设有检测螺栓孔，其中检测螺栓孔为径向设置的圆孔，内部有橡胶套筒，套筒长度比检测螺栓孔长，形成端部凸起；连接管上设有测试孔，测试孔也是径向设置的圆孔，测试孔的直径为检测螺栓孔直径的3倍，检测螺栓孔靠近连接管端部一侧与测试孔靠近连接管端部一侧位置重合，检测螺栓孔内橡胶套筒的端部凸起与测试孔配合并定位，测试孔与检测螺栓孔构成密封检测通道；测试孔外端与粗螺栓和粗螺栓垫圈配合。

7.根据权利要求1-6所述的自适应水下椭圆管道连接器，其特征在于，第二密封环的结构及其与连接管的连接结构与第一密封环的结构及其与连接管的连接结构相同。

8.根据权利要求1-7所述的自适应水下椭圆管道连接器，其特征在于，紧固装置，包括：推压楔块、紧固环、端部密封环、推进环；推压楔块、紧固环、端部密封环、推进环由内向外依次设置；

推压楔块外径与连接管内径相同，并与连接管内端面接触；推压楔块内径处远离连接管的一侧设置为倾斜面，外侧直径大内侧直径小，推压楔块的内端与第二密封环外测接触；

紧固块远离连接管一端为圆管，紧固块外径与连接管端部外径相同，其上沿周向均匀布置8个螺栓孔，螺栓孔位置与连接管的螺栓孔位置对应，紧固块内径处设有容纳端部密封环的凹槽；紧固块靠近连接管一端外径为与推压楔块的内径相配合的倾斜面，内径处为齿条状，便于对管道的紧固；紧固块倾斜面与推压楔块倾斜面接触实现定位；

端部密封环为橡胶圆环，其轴向长度大于紧固块内径外端部形成内部凹槽的长度，并与紧固块内部凹槽配合实现定位，通过推进环与紧固块的挤压实现密封；

推进环为金属圆环，内径为倾斜面，便于连接器的水下安装；外径与连接管端部外径一致，推进环上沿周向均匀布置8个螺栓孔，螺栓孔位置分别与紧固块和连接管的螺栓孔位置对应，通过螺杆和螺母实现连接管、紧固块和推进环之间的连接和力的传递。

9.根据权利要求1-8所述的自适应水下椭圆管道连接器，其特征在于，连接器整体除去第一密封环和第二密封环都采用耐腐蚀的金属材料；在紧固块的齿条处应使用高强度金属，便于实现对管道的紧固；密封环应采用橡胶材料；气门嘴应使用橡胶材料；气门嘴外径应大于密封环的缺口直径，实现气门嘴与密封环之间的密封。

10.一种管道对接方法，采用权利要求1-9之一所述的自适应水下椭圆管道连接器，其特征在于，安装过程如下：

将管道放入连接器中且管道的末端应抵达连接管中部凸起的侧面；

将16个螺母加载到预定载荷；

抽出第一密封环空腔、第二密封环内的气体并注入高压流体，实现第一密封环、第二密封环对椭圆管道的预密封；

将16个螺母加载到预定载荷，使得连接器完成对椭圆管道的密封与紧固，完成对管道的连接；

用压力表分别对第一密封环与第二密封环进行压力检测，判断密封性能，完成安装。