CN107166131B - 一种海底管道内封堵器锁紧机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海底管道内封堵器锁紧机构，主要用于保证海底管道内封堵器密封管道过程中各机构间的实时锁紧以及解封管道过程中的顺利解锁。该锁紧机构主要包括用于安装各锁紧件的锁紧套筒，用于安装解锁件的执行套筒，以及安装在中心管上的齿板。该机构主要用于破损管道原油快速复产的工况下，采用一种机械锁紧的方式使海底管道内封堵器的锚定、密封装置不会由于液压缸的失压而失效，从而保证其能长期、可靠的工作，并在需要的时候顺利解锁。同时为方便封堵器的海底操作，该机构将锁紧、解锁动作与封堵器密封、解封管道的过程有机结合在一起，便于ROV的操作。

Description

一种海底管道内封堵器锁紧机构

技术领域

本发明涉及一种海底管道封堵设备的锁紧机构，尤其涉及一种海底管道内封堵器锁紧机构。

背景技术

海洋石油在整个石油产业中占有非常重要的地位，随着海洋石油工业的发展，海底管道越来越多。由于海洋环境的高度复杂性以及许多不确定因素的客观存在，海底管道的损伤和破坏是难以避免的。

海底管道内封堵器作为一种管道应急维修机具主要用于应急封堵破损管道，迅速防止原油泄露，为海底管道的维修与复产工作提供保障。其主要工作方式是将管道内封堵器的封堵端插入待封堵管道内，向液压缸无杆腔供压力油，锚定机构通过锥体斜面锚定在待封堵管道内壁，完成封堵器的固定；液压缸继续施压，压紧密封胶筒使其变形与管道内壁紧密接触，从而密封管道。

管道密封过程中，密封胶筒回弹力会对液压缸产生反作用力，由于液压装置不可避免地存在泄露，使得液压缸保压时间有限，若系统压力不足，密封胶筒就会因压紧力的减小而回弹，从而使封堵密封效果下降甚至失效。为此需要将处于封堵状态的管道内封堵器运动机构锁紧，消除系统漏油以及外部环境水压波动等因素对管道封堵效果的影响，确保内封堵器能够长期、可靠的密封。

当管道需要解封时，向液压缸有杆腔供压力油，为确保管道内封堵器各机构部件能在液压缸施力下反向运动，此时需解除锁紧机构对封堵器各部件的位置限制，从而不影响管道的解封。

由于管道内封堵器的作业装施工环境为海底，所有设备操作皆由ROV完成，操作难度较大。故应尽可能简化锁紧机构各运动的控制方式从而降低整机的操作难度。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种海底管道内封堵器锁紧机构，其目的在于采用机械机构来实现对管道内封堵器锁紧套筒与中心管相对位置锁紧，从而保证锚定机构的锚定效果以及密封胶筒的密封效果不会因系统失压而失效。同时在满足上述功能的前提下，尽可能使设备的操作简化，从而降低内封堵器的海底操作难度，不影响内封堵器与ROV的适配性。

本发明的目的是这样实现的：包括设置在中心管上的锁紧套筒和执行套筒，锁紧套筒是由大端和小端组成的双层结构，且锁紧套筒的小端依次连接锚定机构、密封套筒和导向机构，锁紧套筒的大端的周向上均匀设置有四个一号T型槽和四个阶梯圆通孔，每个阶梯孔均位于相邻两个一号T形槽的角平分线上，每个一号T型槽的两侧设置有凸形通孔，每个T型槽的竖直段中设置有锁紧滑块、水平段安装有挡板，每个挡板与锁紧滑块之间设置有锁紧弹簧，每个锁紧滑块的两个侧面设置有突出端且突出端的底面是倾斜面，每个锁紧滑块向着中心管方向的端面设置有齿形结构，所述执行套筒的外侧端面设置有活塞杆连接座，且活塞杆连接座与封堵器液压缸的活塞杆铰接，所述执行套筒的内侧端面对称设置有四个安装槽，每个安装槽内安装有解锁叉，每个解锁叉的两个呈叉式的方形柱与对应的T型槽的两侧设置的凸形通孔配合，且每个方形柱的末端上设置有梯形台，梯形台的斜面与对应的锁紧滑块的倾斜面配合，所述执行套筒的内侧端面上还设置有四个螺纹孔，四个限位螺钉分别穿过阶梯孔后通过螺纹连接设置在对应的螺纹孔中，所述中心管的外表面还对称设置有四个齿板，每个齿板上设置有一个二号T型槽，每个二号T型槽内设置有与锁紧滑块的齿形结构配合的齿块，每个二号T型槽的端部通过齿块挡板固定。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.每个挡板与锁紧滑块之间设置有锁紧弹簧是指：每个锁紧滑块上设置有弹簧导向杆，锁紧弹簧套在弹簧导向杆外。

2.所述锁紧套筒和执行套筒的内表面还分别设置有便于齿板的四条沟槽。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过棘齿类机构实现内封堵器锚定、密封过程中机构各主要部件相对位置的实时单向锁定，并在需要解锁时顺利解除其对内封堵器各机构的位置限制。同时在提供锁紧、解锁功能前提下不对内封堵器结构以及操作产生过大影响。本发明是对海底管道内封堵器机构内部锁紧方法的改进，使其不仅能满足应急封堵的要求，还能实现快速复产系统长期封堵的要求。

附图说明

图1为本发明海底管道内封堵器总装图；

图2为本发明海底管道内封堵器锁紧机构主体剖视图；

图3为本发明海底管道内封堵器锁紧机构主体爆炸图；

图4a为本发明海底管道内封堵器锁紧机构锁紧套筒及其上部件部装图，图4b是图4a的剖视图；

图5a为本发明海底管道内封堵器锁紧机构执行套筒及其上部件部装图，图5b是图5a的剖视图；

图6为本发明海底管道内封堵器锁紧机构齿板及其上部件三维图；

图7为本发明海底管道内封堵器锁紧机构锁紧滑块；

图8为本发明海底管道内封堵器锁紧机构解锁叉；

图9为本发明海底管道内封堵器锁紧机构部分机构示意图；

图中主要标号说明：1导向机构、2密封胶筒、3锚定机构、4锁紧套筒、41锁紧滑块、42锁紧弹簧、43挡板、5执行套筒、51限位螺钉、52解锁叉、53活塞杆连接座、6齿板、61齿块、62齿块挡板、7液压缸、8中心管。

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至图9所示，本机构主要分为三部分，即锁紧套筒4部分，包括锁紧套筒4、锁紧滑块41、锁紧弹簧42、挡板43；执行套筒5部分，包括执行套筒5、限位螺钉51、解锁叉52；齿板6部分，包括齿板6、齿块61、齿块挡板62。

一种管道内封堵器锁紧机构，它包括：两个安装在中心管8上的套筒，其中锁紧套筒4与锚定机构3相连，执行套筒5与液压缸7活塞杆相连；锁紧套筒4内安装有锁紧滑块41，锁紧弹簧42与挡板43；执行套筒内5安装有解锁叉52与限位螺钉51；中心管上安装有齿板6；所述锁紧套筒4，其一端与封堵器锚定机构3相连，另一端大端面周向均匀开有4个T型槽，每相邻两T型槽夹角为90°，用于安装锁紧滑块41；每个T型槽两侧开有凸形通孔，其位置、形状与解锁叉52相对应，从而限制解锁叉52仅在轴向上存在水平自由度，提高其解锁过程中垂直方向的结构刚度；锁紧套筒4另一面周向均匀开有4个阶梯圆通孔，每个阶梯孔均位于相邻两梯形槽角平分线上，用与限位螺钉51配合限位；锁紧套筒4内圈开有4条沟槽，作为齿板6在轴向上运动的空间。

所述锁紧滑块41与锁紧套筒4T型槽间隙配合，在其内沿径向滑动；锁紧滑块41两侧突出端底部为倾斜面，斜面与水平面夹角为15°，与解锁叉52斜面配合提供抬起锁紧滑块41的径向解锁力；底端为4条锁紧用棘齿，用于与齿板6上的齿块啮合单向限位，齿形一侧滑动齿面与垂直方向呈60°夹角，可防止出现摩擦自锁卡死的故障，另一侧啮合齿面与垂直方向呈10°夹角，可在不影响锁紧效果的前提下减小解锁过程所需的径向解锁力；锁紧滑块41上端设有一弹簧导向杆，导向杆上套有锁紧弹簧42，用于对锁紧滑块41提供径向的弹簧力，始终将锁紧滑块41压向中心管方向；锁紧滑块41中部开有通孔，可在不影响锁紧滑块41结构刚度的前提下减轻其质量。

所述执行套筒5，其一端安装有活塞杆连接座53，用于连接封堵器液压缸，另一端面开槽，槽内安装有解锁叉52，其位置与锁紧套筒4的凸型通孔相对应；执行套筒5与中心管8接触处开有4条沟槽，作为齿板6在中心管8轴向上运动的空间；执行套筒5上活塞杆连接座53安装面的另一侧相同位置开有4个螺纹孔，与锁紧套筒4阶梯孔相对应，用于安装限位螺钉51。

所述解锁叉52主体为一对成叉式的方型柱，其末端各有一梯型台，梯形台斜面与水平方向夹角为15°，并与锁紧滑块41配合用于解锁。

所述限位螺钉51为M50的六角头螺钉，其光杆与锁紧套筒4上开有的阶梯孔间隙配合，可在其内滑动，安装时需穿过锁紧套筒4阶梯孔后与执行套筒5靠螺纹配合安装，锁紧套筒4与执行套筒5紧贴状态下限位螺钉51光杆长多出55mm，及限制了锁紧套筒4与执行套筒5之间轴向距离仅能在0～55mm之间。

所述齿板6开有T型槽，T型槽内安装有若干齿块61，齿块齿形与锁紧滑块41齿形相同，但安装方向相反，齿板6末端安装齿块挡板62，用于调整齿块安装后的尺寸裕量。

本发明的具体过程主要分为密封锁紧过程、解封解锁过程。

管道内封堵器密封管道时，其封堵端插入待封堵管道口。系统对液压缸无杆腔施压，执行套筒5与锁紧套筒4端面接触对其施力，中心管8相对于锁紧套筒4向右运动，锚定机构3锚定至管道内壁。液压缸继续施压，胶筒受压变形，完成对管道的密封。

在此过程中，锁紧弹簧42始终将锁紧滑块41压向齿板6。随着中心管8及齿板6运动，锁紧滑块41及齿块61斜齿面相互配合，保正在一定范围内的单向锁紧。由于锁紧套筒4与中心管位置单向锁死，液压缸失压后对执行套筒5无作用力。故在完成管道密封工后，两套筒位置不会发生变动，解锁叉52对锁紧滑块41无影响。

管道内封堵器解封时，系统对液压缸有杆腔施压，活塞杆拉动执行套筒5，解锁叉52通过斜面将锁紧滑块41抬起与齿板6脱离，完成对机构的解锁；液压缸继续施力，执行套筒5上的限位螺钉51达到最大行程后拉动锁紧套筒4，进而通过执行套筒5拉动中心管8相对锁紧套筒4运动，松开锚定装置和密封胶筒2，完成解锁及管道解封工作。

综上，本发明提供一种海底管道内封堵器锁紧机构，主要用于保证海底管道内封堵器密封管道过程中各机构间的实时锁紧以及解封管道过程中的顺利解锁。该锁紧机构主要包括用于安装各锁紧件的锁紧套筒4，用于安装解锁件的执行套筒5，以及安装在中心管上的齿板6。该机构主要用于破损管道原油快速复产的工况下，采用一种机械锁紧的方式使海底管道内封堵器的锚定、密封装置不会由于液压缸的失压而失效，从而保证其能长期、可靠的工作，并在需要的时候顺利解锁。同时为方便封堵器的海底操作，该机构将锁紧、解锁动作与封堵器密封、解封管道的过程有机结合在一起，便于ROV的操作。

Claims (3)

1.一种海底管道内封堵器锁紧机构，其特征在于：包括设置在中心管上的锁紧套筒和执行套筒，锁紧套筒是由大端和小端组成的双层结构，且锁紧套筒的小端依次连接锚定机构、密封胶筒和导向机构，锁紧套筒的大端的周向上均匀设置有四个一号T型槽和四个阶梯圆通孔，每个阶梯圆通孔均位于相邻两个一号T形槽的角平分线上，每个一号T型槽的两侧设置有凸形通孔，每个一号T型槽的竖直段中设置有锁紧滑块、水平段安装有挡板，每个挡板与锁紧滑块之间设置有锁紧弹簧，每个锁紧滑块的两个侧面设置有突出端且突出端的底面是倾斜面，每个锁紧滑块向着中心管方向的端面设置有齿形结构，所述执行套筒的外侧端面设置有活塞杆连接座，且活塞杆连接座与封堵器液压缸的活塞杆铰接，所述执行套筒的内侧端面对称设置有四个安装槽，每个安装槽内安装有解锁叉，每个解锁叉的两个呈叉式的方形柱与对应的T型槽的两侧设置的凸形通孔配合，且每个方形柱的末端上设置有梯形台，梯形台的斜面与对应的锁紧滑块的倾斜面配合，所述执行套筒的内侧端面上还设置有四个螺纹孔，四个限位螺钉分别穿过阶梯圆通孔后通过螺纹连接设置在对应的螺纹孔中，所述中心管的外表面还对称设置有四个齿板，每个齿板上设置有一个二号T型槽，每个二号T型槽内设置有与锁紧滑块的齿形结构配合的齿块，每个二号T型槽的端部通过齿块挡板固定。

2.根据权利要求1所述的一种海底管道内封堵器锁紧机构，其特征在于：每个挡板与锁紧滑块之间设置有锁紧弹簧是指：每个锁紧滑块上设置有弹簧导向杆，锁紧弹簧套在弹簧导向杆外。

3.根据权利要求1或2所述的一种海底管道内封堵器锁紧机构，其特征在于：所述锁紧套筒和执行套筒的内表面还分别设置有与齿板配合的四条沟槽。