CN107559518B - 轴向内拉式快速连接海底管道装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轴向内拉式快速连接海底管道装置，应用于不同管段海底管道的连接。该连接海底管道装置采用密封环组成的多重金属密封技术并结合左右对称式构造及齿槽式对接器、花键齿式导向器和键槽式滑移体，实施水下液压驱动轴向内拉快速连接作业；端部密封器采用回转体并结合锥形密封环完成对接器与海底管道的连接，对接器采用齿槽式筒体并结合透镜密封环和六角形密封环完成对接器与导向器的连接，导向器采用卡齿式长管体并结合拱形卡齿与对接体拱形齿槽的配合完成对接器与导向器的快速对接，滑移体采用键槽式剖分盘体并结合导向体花键齿式导轨完成液压轴拉系统的径向支撑，两套独立的液压轴拉系统提供对接器与导向器快速对接的驱动力。

Description

轴向内拉式快速连接海底管道装置

技术领域

本发明涉及一种海洋工程领域连接海底管道装置，特别是涉及一种水下生产系统不同管段海底管道连接时用的轴向内拉式快速连接装置。

背景技术

海洋工程领域，海底油气介质输送管道是非常重要的运输设备，需要不断对海底管道进行调整改造，以满足海底油气井采出液的外输要求，同时现有的海底管道输送能力不足或周边新油田接入时，也需要继续扩大海底管道的铺设规模，连接海底管道技术及其连接器广泛应用于深水油田、边际油田以及水下海底管道修复等工程实践中。

深水海底管道连接器通常有螺栓法兰连接器、快速接头Morgrip和卡爪式管道连接器。其中，螺栓法兰连接器由一个旋转环法兰和焊颈法兰组成，此法兰连接器需要专门的安装工具，且安装工具与海管法兰接头需要具有较高精度的对中性，并且连接海底管道作业的施工过程中需要配套专门的作业机具，安装施工时间较长。快速接头Morgrip是在海底管道的两侧各安装一个轴承式法兰，轴承式法兰内设置一系列带弹簧的球轴承，并在其中间装有一个连接环，快速接头Morgrip水下拆装方便，然而此快速接头比传统螺栓法兰接头昂贵，且难以实现海底管道的水下自动连接，同时其安装精度也较低。卡爪式管道连接器由于其结构上不采用螺栓法兰连接而被称之为“非标准法兰”，其自身具有一定的对准功能，卡爪式管道连接器以Cameron、FMC Corporation、Oil States等国外公司的产品比较具有代表性，其优点是连接海底管道作业施工简单且连接可靠，极大缩短了连接工时，然而其缺点是生产技术一直掌握在国外专业公司手中，且目前卡爪式连接技术发展仍不完善。此外，国内的深水连接海底管道技术尚处于研发阶段，还不具备独自完成深海作业的能力。

发明内容

为了有效解决水下铺设或修复海底管道的快速连接问题并克服现有水下管道连接器存在的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种适合不同管段海底管道快速连接时用的轴向内拉式连接装置。该连接海底管道装置采用透镜密封环以及锥形密封环和六角形密封环组成的多重金属密封技术，并结合左右对称式构造以及齿槽式对接器、花键齿式导向器和键槽式滑移体，实施水下液压驱动轴向内拉快速连接作业，实现不同管段海底管道之间的快速连接。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种轴向内拉式快速连接海底管道装置，主要由端部密封器、对接器、导向器、滑移体和液压轴拉系统几部分组成。该连接海底管道装置整体设计为左右对称式构造，其端部密封器、对接器、导向器和滑移体的主体部件材质均选用超级双向不锈钢，端部密封器、对接器、滑移体和液压轴拉系统采用分体式结构，而导向器则采用单体式结构，两套同样规格的对接器和端部密封器沿轴向由内而外依次同轴心放置并对称布置于导向器的两侧端，滑移体与导向器同轴心布置且两滑移体分别置于导向器的花键齿式导轨，两套独立的液压轴拉系统沿周向均布于导向器的外环面。

对接器的透镜密封环和六角形密封环以及端部密封器的锥形密封环同轴心布置并通过挤压变形而组成多重金属密封技术，其中透镜密封环两侧的密封面为沿轴向对称布置的半球面，且透镜密封环两侧半球面与对接器和导向器环形沟槽底面的密封接触部位为同轴心布置的环形密封带，锥形密封环的横截面呈直角梯形，而六角形密封环的横截面则呈六边形，锥形密封环和六角形密封环的内部设有均匀分布的金属丝。

端部密封器采用回转体，并依据锥形密封环组成的金属密封技术实现对接器与海底管道预制环面之间的固定连接与密封，它包括轴推盘、挤压套和锥形密封环。

轴推盘采用圆盘体，其外径等于对接器中对接体的外环面直径，而轴推盘的环腔内壁加工有锥形卡槽，且轴推盘锥形卡槽所在锥面的大端圆面直径大于对接体柱形环腔的直径。轴推盘的盘面上铣有沿径向分层排列的环形凹槽，轴推盘环形凹槽的横截面呈等腰梯形且其环形凹槽层间的盘面上钻有沿周向均布的端部螺孔，并通过端部螺柱将轴推盘和挤压套接于对接体沿轴向的外侧端。

挤压套采用环体，其外环面沿轴向依次铣有环形沟槽和锥形卡环，挤压套的环形沟槽等间距分层排列且各环形沟槽内填有润滑脂，挤压套的锥形卡环与轴推盘的锥形卡槽相配合，并实现挤压套的轴向定位，挤压套的外环面与对接体柱形环腔的内壁之间精密配合同时挤压套的环腔内壁与海底管道预制环面之间精密配合而构成移动副，锥形密封环的规格与挤压套环腔内壁的直径保持一致。

对接器采用齿槽式筒体，并结合透镜密封环和六角形密封环组成的金属密封技术实现对接器与导向器间的固定连接与密封，它包括对接体、对接支座、对接衬套、透镜密封环、外六角形密封环和内六角形密封环。对接支座沿周向均布于对接体的外环面上，且对接支座沿径向朝外放置。

对接体由筒体和盘体组合而成，对接体的主体采用筒体，且其沿轴向的内侧设有盘体。对接体沿轴向的外侧端面上分别设有与轴推盘环形凹槽相同位置和规格的环形凹槽以及与轴推盘端部螺孔同样数量和规格的螺柱孔。对接体的环腔内壁采用阶梯回转面，且其内配置对接衬套，对接体环腔内壁截面变化处形成的轴肩实现对接衬套的轴向定位。

对接体的内侧端面沿径向依次铣有环形沟槽和拱形齿槽，对接体环形沟槽的横截面呈直角梯形，对接体的环形沟槽与导向体的环形沟槽沿轴向对称布置且所形成的对称锥面环腔内配置透镜密封环，实现对接体与导向体间的第一级密封，防止海底管道内的油气介质发生泄漏，透镜密封环两侧半球面的球心均位于对接体的轴线上，同时对接体环形沟槽的沟槽底面为对接体和透镜密封环的密封接触部位。对接体的拱形齿槽沿周向均匀布置，对接体的拱形齿槽与导向体的拱形卡齿相配合，对接体拱形齿槽的齿槽底两侧设有锥状卡环面实现导向体拱形卡齿的轴向定位，且对接体的拱形齿槽沿径向的内外两齿槽面端部均铣有锥状坡口。

对接体盘体的盘面上沿径向依次设有环形凹槽和对接螺孔，对接体盘体的环形凹槽与对接体外侧端的环形凹槽依次同轴心布置，且对接体盘体的对接螺孔通过配置对接螺柱而将对接体接于导向体沿轴向的外侧端。

六角形密封环由外六角形密封环和内六角形密封环组成，对接体外侧端的环形凹槽内配置外六角形密封环，实现对接体与轴推盘间的密封，同时对接体盘体的环形凹槽内配置内六角形密封环，实现对接体与导向体间的第二级密封，从而防止海底管道周围的海水渗入至连接装置内。

对接衬套由管体加工而成，其外环面直径等于挤压套的外环面直径，且对接衬套的环腔内壁依次设有锥状沟槽和柱状滑环，对接衬套的锥状沟槽内配置锥形密封环，且对接衬套环腔内壁的柱状滑环与海底管道预制环面之间精密配合而构成移动副。

导向器采用卡齿式长管体，并为滑移体提供轴向滑移的花键齿式导轨，且通过拱形卡齿与对接体拱形齿槽的精密配合完成对接器与导向器间的快速对接，它包括导向体、导向管和导向支座。

导向体由两个相同构造和规格的单体组成并对称布置于导向管的两侧，导向体沿轴向的内侧端设有柱状卡环，而导向体的外侧端沿径向由内而外依次设有环形沟槽、拱形卡齿和盘体，导向体环形沟槽的沟槽底面为导向体和透镜密封环的密封接触部位，且导向体环形沟槽沿径向的内外两沟槽面所在的柱面与对接体环形沟槽的内外两沟槽面所在的柱面分别保持重合。导向体的拱形卡齿沿周向均匀布置，导向体拱形卡齿的外环面设置锥状环齿面并与对接体拱形齿槽外齿槽面上的锥状坡口相配合；导向体拱形卡齿的环腔内壁沿轴向依次设有锥状凹槽和柱状凹槽，导向体拱形卡齿的锥状凹槽所在锥面的锥度等于对接体拱形齿槽内齿槽面上锥状坡口所在锥面的锥度并与对接体拱形齿槽齿槽底的锥状卡环面相配合，导向体拱形卡齿柱状凹槽与对接体拱形齿槽的内齿槽面之间精密配合而构成移动副。此外，导向体盘体的盘面上分别设有与对接体盘体相同位置和规格的环形凹槽和导向螺孔。

导向体的外环面上设有沿周向均布的花键齿，导向体的花键齿顺延轴向放置，而为滑移体提供轴向滑移的花键齿式导轨。导向体花键齿两侧齿面的齿廓采用对称分布的渐开线，花键齿两侧齿面的齿廓与导向体外环面相交的部位采用圆弧过渡曲线；导向体花键齿的齿顶面采用圆拱面并位于同一柱面上，同时导向体花键齿式导轨的轴向长度大于滑移体盘体的厚度、滑移体锥状凸台的高度和液压轴拉系统液压缸的推程之和。

导向管的两侧铣有柱状卡槽，导向管柱状卡槽的卡槽面与导向体柱状卡环的外环面之间采用过盈配合，导向管柱状卡槽的卡槽底面实现导向体的轴向定位，同时导向管柱状卡槽与导向体柱状卡环之间的结合面通过实施圆周焊的方式而将两导向体依次接于导向管的两侧。导向管的内径等于导向体环腔内壁的直径，且导向管的外径和导向体外环面的直径均等于对接体的外环面直径。

导向支座沿周向均布于导向体的外环面上，导向支座和对接支座的数量和规格相同并沿轴向对称布置，且每个导向支座和对接支座均由矩形钢块和梯形钢块组合而成，由此沿轴向相同位置处的导向支座和对接支座整体呈现U形。每个导向支座和对接支座沿径向的外侧端设置矩形沟槽，导向支座的矩形沟槽内配置导向销轴而实现导向支座与液压轴拉系统液压缸活塞杆的铰接，对接支座的矩形沟槽内配置对接销轴而实现对接支座与液压轴拉系统液压缸缸筒的铰接。

滑移体采用键槽式剖分盘体，依据上滑移盘和下滑移盘与导向体花键齿式导轨间的移动副而实现液压轴拉系统液压缸轴向推进时的径向支撑，它包括上滑移盘和下滑移盘。

上滑移盘和下滑移盘的结构和规格相同，上滑移盘的剖分面上设有沿径向对称布置的条形卡块，上滑移盘条形卡块的两侧端面与滑移体盘体的盘面相平齐，上滑移盘条形卡块的横截面呈等腰梯形。下滑移盘的剖分面上铣有沿径向对称布置的条形卡槽，下滑移盘的条形卡槽与上滑移盘的条形卡块相配合。同时上滑移盘和下滑移盘的剖分面两端均设有柱形圆台，上滑移盘和下滑移盘柱形圆台的中央部位钻有沿周向均布的滑移螺孔，并通过滑移螺柱将上滑移盘和下滑移盘连成一体。

上滑移盘和下滑移盘沿轴向的内侧端设有锥状凸台，且上滑移盘和下滑移盘的外侧端沿径向依次设有环形凹槽和锥状卡环，上滑移盘和下滑移盘的环形凹槽用来减小滑移体盘体内的局部应力，而上滑移盘和下滑移盘的锥状卡环则沿周向均布且其锥状卡环的数量与液压轴拉系统液压缸的数量保持一致，上滑移盘和下滑移盘的锥状卡环环腔内壁与液压轴拉系统液压缸缸筒的外环面之间采用过盈配合。

上滑移盘和下滑移盘的盘体和锥状凸台的环腔内壁铣有沿周向均布的花键齿槽，各花键齿槽两侧齿槽面的齿槽轮廓采用对称分布的渐开线，各花键齿槽的齿槽顶面采用圆拱面并位于同一柱面上，滑移体各花键齿槽的齿槽顶面所在柱面的直径大于导向体花键齿的齿顶面所在柱面的直径，且滑移体的盘体和锥状凸台环腔内壁的直径大于导向体的外环面直径，导向体花键齿的两侧齿面分别与滑移体各花键齿槽的两侧齿槽面之间精密配合而构成移动副。

两套独立的液压轴拉系统用来提供对接器与导向器自动快速对接时的驱动力，每套液压轴拉系统采用沿导向体圆周方向均匀布置的三个独立液压缸，各液压缸均沿轴向水平布置，并通过对接支座和导向支座将对接器与滑移体和导向器连为一体，从而完成端部密封器和对接器的轴向内拉。各液压缸的液压油均通过多路换向阀统一供给和分配，实现液压轴拉系统的自动同步轴向推进，同时各液压缸通过其两端进油管的通油和回油管的回油而完成双向推进。液压轴拉系统的液压缸缸筒通过对接支座和对接销轴与对接器和滑移体相连，液压缸活塞杆通过导向支座和导向销轴与导向器相连，导向销轴和对接销轴的轴端均车制有螺纹盲孔并配置六角头螺钉进行固定。

水下液压驱动轴向内拉快速连接作业中，端部密封器和对接器依据两套液压轴拉系统提供的驱动力以及滑移体和导向体之间的花键齿式导轨而沿海底管道预制环面轴向向内滑移，直至导向体的拱形卡齿嵌入对接体的拱形齿槽和内六角形密封环嵌入导向体盘体的环形凹槽，同时透镜密封环与导向体的环形沟槽和对接体的环形沟槽进入初始接触状态；而后旋紧对接螺柱并依靠对接体和导向体所传递的夹紧力，透镜密封环和内六角形密封环产生变形而完成对接器与导向器之间的两级金属密封，最后旋紧端部螺柱并依靠轴推盘和挤压套所传递的轴向推力，锥形密封环和外六角形密封环产生变形而完成对接器与海底管道预制环面以及端部密封器与对接器之间的金属密封。

本发明所能达到的技术效果是，该连接海底管道装置采用透镜密封环以及锥形密封环和六角形密封环组成的多重金属密封技术，并结合左右对称式构造以及齿槽式对接器、花键齿式导向器和键槽式滑移体，实施水下液压驱动轴向内拉快速连接作业，实现不同管段海底管道的快速连接；端部密封器采用回转体，并依据锥形密封环组成的金属密封技术实现对接器与海底管道预制环面之间的固定连接与密封；对接器采用齿槽式筒体，并结合透镜密封环和六角形密封环组成的金属密封技术实现对接器与导向器间的固定连接与密封；导向器采用卡齿式长管体，并为滑移体提供轴向滑移的花键齿式导轨，且通过拱形卡齿与对接体拱形齿槽的精密配合完成对接器与导向器间的快速对接；滑移体采用键槽式剖分盘体，依据上滑移盘和下滑移盘与导向体花键齿式导轨间的移动副而实现液压轴拉系统液压缸轴向推进时的径向支撑；两套独立的液压轴拉系统用来提供对接器与导向器自动快速对接时的驱动力。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于以下实施例。

图1是根据本发明所提出的轴向内拉式快速连接海底管道装置的典型结构简图。

图2是图1的A—A剖视图。

图3是轴向内拉式快速连接海底管道装置中端部密封器的结构简图。

图4是轴向内拉式快速连接海底管道装置中对接器的结构简图。

图5是图4的右视图。

图6是轴向内拉式快速连接海底管道装置中导向器的结构简图。

图7是图6的B—B剖视图。

图8是轴向内拉式快速连接海底管道装置中滑移体和液压轴拉系统的结构简图。

图9是图8的左视图。

图10是轴向内拉式快速连接海底管道装置的水下液压驱动轴向内拉快速连接作业流程简图。

图中1－端部密封器，2－对接器，3－导向器，4－滑移体，5－液压轴拉系统，6－海底管道，7－轴推盘，8－挤压套，9－锥形密封环，10－对接衬套，11－外六角形密封环，12－对接销轴，13－对接支座，14－对接体，15－内六角形密封环，16－透镜密封环，17－导向体，18－导向销轴，19－导向支座，20－导向管，21－液压缸活塞杆，22－液压缸缸筒，23－上滑移盘，24－下滑移盘。

具体实施方式

在图1和图2中，轴向内拉式快速连接海底管道装置由端部密封器1、对接器2、导向器3、滑移体4和液压轴拉系统5组成。该连接海底管道装置采用对接器2的透镜密封环和六角形密封环与端部密封器1的锥形密封环组成的多重金属密封技术，并结合左右对称式构造以及齿槽式对接器2、花键齿式导向器3和键槽式滑移体4，实施水下液压驱动轴向内拉快速连接作业，实现不同管段海底管道6之间的快速连接。

在图1和图2中，轴向内拉式快速连接海底管道装置的对接器2和端部密封器1沿轴向由内而外依次同轴心放置并对称布置于导向器3的两侧端，滑移体4与导向器3同轴心布置且两滑移体4分别置于导向器3的花键齿式导轨上，两套独立的液压轴拉系统5沿周向均布于导向器3的外环面，对接器2的透镜密封环和六角形密封环以及端部密封器1的锥形密封环同轴心布置。

在图1和图2中，轴向内拉式快速连接海底管道装置组装前，端部密封器1的轴推盘、对接器2的对接体、导向器3的导向体和导向管、滑移体4以及液压轴拉系统5液压缸缸筒的外表面分别进行喷漆防腐处理，导向器3的花键齿式导轨置入滑移体4的上滑移盘和下滑移盘，应灵活移动且无阻滞，导向器3的拱形卡齿应正常嵌入对接器2的拱形齿槽内且无阻滞，并保持端部密封器1的挤压套、对接器2的对接衬套以及导向器3的导向体和导向管环腔内壁的清洁，最后检查端部密封器1的锥形密封环以及对接器2的透镜密封环和六角形密封环有无损伤，检查各销轴和螺纹联接处是否牢固且有无锈蚀。

在图1和图2中，轴向内拉式快速连接海底管道装置组装时，滑移体4的上滑移盘和下滑移盘通过其柱形圆台和滑移螺柱接于导向器3的花键齿式导轨上，且滑移体4通过上滑移盘和下滑移盘的锥状卡环接于液压轴拉系统5的液压缸缸筒上，液压轴拉系统5通过对接支座和导向支座将对接器2和导向器3铰接在一起，且对接器2通过对接螺柱与导向器3进行固定连接，端部密封器1通过端部螺柱接于对接器2的外侧端。

在图1和图2中，轴向内拉式快速连接海底管道装置采用对接器2透镜密封环和内六角形密封环构成的金属密封技术实现对接器2和导向器3之间的两级金属密封，并采用对接器2外六角形密封环构成的金属密封技术实现端部密封器1和对接器2之间的金属密封，同时采用端部密封器1锥形密封环构成的金属密封技术实现对接器2与海底管道6预制环面之间的金属密封，端部密封器1、对接器2和导向器3的规格与海底管道6的管径保持一致。

在图3中，端部密封器1中轴推盘7和挤压套8的规格尺寸依据海底管道6的管径进行调整，锥形密封环9依据海底管道6内所输送油气介质的物性和最大流压等因素进行选型，端部密封器1中端部螺柱的强度依据锥形密封环9和对接器2的外六角形密封环形成金属密封所需传递的最大轴向推力进行设计。

在图3中，端部密封器1的轴推盘7和挤压套8通过端部螺柱接于对接器2对接体的外侧端，挤压套8的锥形卡环与轴推盘7的锥形卡槽相配合，挤压套8同时与对接器2的对接体和海底管道6之间构成移动副，锥形密封环9依靠轴推盘7和挤压套8所传递的轴向推力产生变形而形成金属密封。

在图4和图5中，对接器2中对接衬套10和对接体14的规格尺寸依据海底管道6的管径进行调整，外六角形密封环11和内六角形密封环15依据海底管道6周围海水的物性和最大压力以及洋流情况等因素进行选型，透镜密封环16则依据海底管道6内所输送油气介质的物性和最大流压等因素进行选型，对接器2中对接螺柱的强度依据内六角形密封环15和透镜密封环16形成金属密封所需传递的最大夹紧力进行设计。

在图4和图5中，对接器2通过对接销轴12和对接支座13与液压轴拉系统5的液压缸缸筒进行铰接，对接体14通过对接螺柱接于导向器3导向体的外侧端，对接衬套10的锥状沟槽内配置锥形密封环9，对接体14外侧端的环形凹槽与轴推盘7的环形凹槽对称布置所形成的对称锥面环腔内配置外六角形密封环11，对接体14盘体的环形凹槽与导向器3导向体盘体的环形凹槽对称布置所形成的对称锥面环腔内配置内六角形密封环15，对接体14环形沟槽与导向器3导向体环形沟槽对称布置所形成的对称锥面环腔内配置透镜密封环16，外六角形密封环11依靠轴推盘7和对接体14所传递的夹紧力产生变形而形成金属密封，内六角形密封环15和透镜密封环16依靠对接体14和导向器3导向体所传递的夹紧力产生变形而形成两级金属密封。

在图6和图7中，导向器3中导向体17和导向管20的规格尺寸依据海底管道6的管径进行调整，导向体17拱形卡齿的规格与对接体14拱形齿槽的规格保持一致，而导向体17环形沟槽的规格与透镜密封环16的型号保持一致，导向管20的内径与导向体17环腔内壁的直径相对应，且导向管20的外径和导向体17外环面的直径均与对接体14的外环面直径相一致，导向体17花键齿式导轨的轴向长度设计需要考虑液压轴拉系统5液压缸的最大推程，同时导向管20的轴向长度设计需要考虑不同管段海底管道6之间的距离。

在图6和图7中，导向器3通过导向销轴18和导向支座19与液压轴拉系统5的液压缸活塞杆进行铰接，导向体17的拱形卡齿与对接体14的拱形齿槽相配合，导向体17的外环面设置花键齿并为滑移体4提供轴向滑移的花键齿式导轨，两同型号的导向体17通过导向管20柱状卡槽与导向体17柱状卡环的过盈配合以及导向管20柱状卡槽与导向体17柱状卡环之间结合面的圆周焊而接于导向管20的两侧。

在图8和图9中，滑移体4的上滑移盘23通过条形卡块在水下与下滑移盘24的条形卡槽进行定位，上滑移盘23和下滑移盘24的花键齿槽依据导向体17的花键齿进行设计，且上滑移盘23和下滑移盘24的锥状卡环依据液压缸缸筒22进行设计，滑移体4的盘体和锥状凸台的环腔内壁直径随导向体17的外环面直径进行调整，液压轴拉系统5液压缸的型号选取需要考虑端部密封器1和对接器2与海底管道6预制环面之间的最大摩擦力以及上滑移盘23和下滑移盘24与导向体17花键齿式导轨之间的最大摩擦力。

在图8和图9中，滑移体4的上滑移盘23和下滑移盘24通过其柱形圆台和滑移螺柱而连接在一起，上滑移盘23的条形卡块与下滑移盘24的条形卡槽相配合，且上滑移盘23和下滑移盘24的花键齿槽与导向体17的花键齿相配合，滑移体4依据上滑移盘23和下滑移盘24与导向体17花键齿式导轨间的移动副以及上滑移盘23和下滑移盘24的锥状卡环与液压缸缸筒22外环面之间的过盈配合而实现液压轴拉系统5液压缸轴向推进时的径向支撑。液压轴拉系统5的液压缸活塞杆21通过导向销轴18接于导向支座19，同时液压缸缸筒22经对接销轴12接于对接支座13并由上滑移盘23和下滑移盘24接于导向体17的花键齿式导轨上，从而将对接器2与导向器3和滑移体4连为一体。

在图10中，水下液压驱动轴向内拉快速连接作业流程为，液压轴拉系统5的多路换向阀为各液压缸统一供给和分配液压油，液压缸缸筒22的进油管进行通油，液压缸活塞杆21提供驱动力并依次通过液压缸缸筒22、对接销轴12和对接支座13而传递至对接体14，结合上滑移盘23和下滑移盘24与导向体17之间的花键齿式导轨，端部密封器1和对接器2沿着海底管道6预制环面轴向向内滑移，直至导向体17的拱形卡齿嵌入对接体14的拱形齿槽和内六角形密封环15嵌入导向体17盘体的环形凹槽，同时透镜密封环16与导向体17的环形沟槽和对接体14的环形沟槽进入初始接触状态；然后，液压缸缸筒22的进油管停止通油并维持现有液压油的油压，以保持对接器2和导向器3之间处于对接状态，而后利用水下机器人旋紧各对接螺柱并依靠对接体14和导向体17所传递的夹紧力，透镜密封环16和内六角形密封环15产生变形而完成对接器2和导向器3之间的两级金属密封；最后，利用水下机器人旋紧各端部螺柱并依靠轴推盘7和挤压套8所传递的轴向推力，锥形密封环9和外六角形密封环11产生变形而完成对接器2与海底管道6预制环面以及端部密封器1与对接器2之间的金属密封。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种轴向内拉式快速连接海底管道装置，两套对接器和端部密封器沿轴向由内而外依次同轴心放置并对称布置于导向器的两侧端，滑移体与导向器同轴心布置且两滑移体分别置于导向器的花键齿式导轨，两套独立的液压轴拉系统沿周向均布于导向器的外环面；该连接海底管道装置采用透镜密封环及锥形密封环和六角形密封环，并结合左右对称式构造及齿槽式对接器、花键齿式导向器和键槽式滑移体，实施水下液压驱动轴向内拉快速连接作业，实现不同管段海底管道的快速连接，其特征在于：

一端部密封器；所述端部密封器采用回转体，轴推盘采用圆盘体，其环腔内壁加工有锥形卡槽，轴推盘的盘面上铣有沿径向分层排列的环形凹槽；挤压套采用环体，其外环面沿轴向依次铣有环形沟槽和锥形卡环，挤压套的锥形卡环与轴推盘的锥形卡槽相配合；

一对接器；所述对接器采用齿槽式筒体，对接支座沿周向均布于对接体的外环面上；对接体由筒体和盘体组合而成，对接体沿轴向的外侧端面设有与轴推盘环形凹槽相同位置和规格的环形凹槽，对接体的环腔内壁采用阶梯回转面，其内配置对接衬套；对接体的内侧端面沿径向依次铣有环形沟槽和拱形齿槽，对接体的环形沟槽与导向体的环形沟槽沿轴向对称布置且所形成的对称锥面环腔内配置透镜密封环，实现对接体与导向体间的第一级密封，透镜密封环两侧半球面的球心均位于对接体的轴线上，对接体的拱形齿槽沿周向均匀布置，其拱形齿槽与导向体的拱形卡齿相配合，对接体盘体的盘面上沿径向依次设有环形凹槽和对接螺孔；六角形密封环由外六角形密封环和内六角形密封环组成，对接衬套由管体加工而成，其环腔内壁依次设有锥状沟槽和柱状滑环，对接衬套的锥状沟槽内配置锥形密封环；

一导向器；所述导向器采用卡齿式长管体，导向体沿轴向的内侧端设有柱状卡环，而导向体的外侧端沿径向由内而外依次设有环形沟槽、拱形卡齿和盘体，导向体拱形卡齿的外环面设置锥状环齿面，导向体拱形卡齿的环腔内壁沿轴向依次设有锥状凹槽和柱状凹槽，导向体盘体的盘面上分别设有与对接体盘体相同位置和规格的环形凹槽和导向螺孔；导向体的外环面上设有沿周向均布的花键齿，导向体的花键齿顺延轴向放置，而为滑移体提供轴向滑移的花键齿式导轨，导向体花键齿两侧齿面的齿廓采用对称分布的渐开线；导向管的两侧铣有柱状卡槽，导向支座沿周向均布于导向体的外环面上，导向支座和对接支座沿轴向对称布置，每个导向支座和对接支座沿径向的外侧端设置矩形沟槽；

一滑移体；所述滑移体采用键槽式剖分盘体，上滑移盘的剖分面上设有沿径向对称布置的条形卡块，下滑移盘的剖分面上铣有沿径向对称布置的条形卡槽，下滑移盘的条形卡槽与上滑移盘的条形卡块相配合；上滑移盘和下滑移盘沿轴向的内侧端设有锥状凸台，且其外侧端沿径向依次设有环形凹槽和锥状卡环；上滑移盘和下滑移盘的盘体和锥状凸台的环腔内壁铣有沿周向均布的花键齿槽，各花键齿槽两侧齿槽面的齿槽轮廓采用对称分布的渐开线；

一液压轴拉系统；所述两套独立的液压轴拉系统提供对接器与导向器自动快速对接时的驱动力，每套液压轴拉系统采用沿导向体圆周方向均匀布置的三个独立液压缸。

2.根据权利要求1所述的轴向内拉式快速连接海底管道装置，其特征在于：所述轴向内拉式快速连接海底管道装置整体设计为左右对称式构造，其端部密封器、对接器、滑移体和液压轴拉系统采用分体式结构，而导向器则采用单体式结构；

所述对接器的透镜密封环和六角形密封环以及端部密封器的锥形密封环同轴心布置，透镜密封环两侧的密封面为沿轴向对称布置的半球面，且透镜密封环两侧半球面与对接器和导向器环形沟槽底面的密封接触部位为同轴心布置的环形密封带，锥形密封环的横截面呈直角梯形，而六角形密封环的横截面则呈六边形。

3.根据权利要求1所述的轴向内拉式快速连接海底管道装置，其特征在于：所述端部密封器中轴推盘的外径等于对接器中对接体的外环面直径，轴推盘环腔内壁锥形卡槽所在锥面的大端圆面直径大于对接体柱形环腔的直径，轴推盘盘面上环形凹槽的横截面呈等腰梯形；

所述端部密封器中挤压套外环面的环形沟槽等间距分层排列，挤压套的外环面与对接体柱形环腔的内壁之间精密配合同时挤压套的环腔内壁与海底管道预制环面之间精密配合而构成移动副，锥形密封环的规格与挤压套环腔内壁的直径保持一致。

4.根据权利要求1所述的轴向内拉式快速连接海底管道装置，其特征在于：所述对接器中对接体的主体采用筒体，且对接体沿轴向的内侧设有盘体，对接体环腔内壁截面变化处形成的轴肩实现对接衬套的轴向定位；

所述对接器中对接体内侧端面上环形沟槽的横截面呈直角梯形，对接体环形沟槽的沟槽底面为对接体和透镜密封环的密封接触部位；对接体拱形齿槽的齿槽底两侧设有锥状卡环面实现导向体拱形卡齿的轴向定位，对接体的拱形齿槽沿径向的内外两齿槽面端部均铣有锥状坡口，且对接体盘体的环形凹槽与对接体外侧端的环形凹槽依次同轴心布置。

5.根据权利要求1所述的轴向内拉式快速连接海底管道装置，其特征在于：所述对接器的对接支座沿径向朝外放置，对接体外侧端的环形凹槽内配置外六角形密封环，实现对接体与轴推盘间的密封，同时对接体盘体的环形凹槽内配置内六角形密封环，实现对接体与导向体间的第二级密封；对接衬套的外环面直径等于挤压套的外环面直径，且对接衬套环腔内壁的柱状滑环与海底管道预制环面之间精密配合而构成移动副。

6.根据权利要求1所述的轴向内拉式快速连接海底管道装置，其特征在于：所述导向器中导向管柱状卡槽的卡槽面与导向体柱状卡环的外环面之间采用过盈配合，导向管柱状卡槽的卡槽底面实现导向体的轴向定位，同时导向管柱状卡槽与导向体柱状卡环之间的结合面通过实施圆周焊的方式而将两导向体依次接于导向管的两侧；导向管的内径等于导向体环腔内壁的直径，且导向管的外径和导向体外环面的直径均等于对接体的外环面直径；

所述导向支座和对接支座均由矩形钢块和梯形钢块组合而成，沿轴向相同位置处的导向支座和对接支座整体呈现U形。

7.根据权利要求1所述的轴向内拉式快速连接海底管道装置，其特征在于：所述导向器的导向体由两个相同构造和规格的单体组成并对称布置于导向管的两侧，导向体外侧端环形沟槽的沟槽底面为导向体和透镜密封环的密封接触部位，且导向体环形沟槽沿径向的内外两沟槽面所在的柱面与对接体环形沟槽的内外两沟槽面所在的柱面分别保持重合；

所述导向体外侧端的拱形卡齿沿周向均匀布置，导向体拱形卡齿的锥状环齿面与对接体拱形齿槽外齿槽面上的锥状坡口相配合；导向体拱形卡齿的锥状凹槽所在锥面的锥度等于对接体拱形齿槽内齿槽面上锥状坡口所在锥面的锥度并与对接体拱形齿槽齿槽底的锥状卡环面相配合，拱形卡齿柱状凹槽与对接体拱形齿槽的内齿槽面之间精密配合而构成移动副；

所述导向体外环面的花键齿两侧齿面的齿廓与导向体外环面相交的部位采用圆弧过渡曲线，导向体花键齿的齿顶面采用圆拱面并位于同一柱面上，同时导向体花键齿式导轨的轴向长度大于滑移体盘体的厚度、滑移体锥状凸台的高度和液压轴拉系统液压缸的推程之和。

8.根据权利要求1所述的轴向内拉式快速连接海底管道装置，其特征在于：所述滑移体的上滑移盘和下滑移盘结构和规格相同，上滑移盘和下滑移盘的剖分面两端均设有柱形圆台，上滑移盘条形卡块的两侧端面与滑移体盘体的盘面相平齐，上滑移盘条形卡块的横截面呈等腰梯形，上滑移盘和下滑移盘外侧端的锥状卡环沿周向均布且其锥状卡环的环腔内壁与液压轴拉系统液压缸缸筒的外环面之间采用过盈配合。

9.根据权利要求1所述的轴向内拉式快速连接海底管道装置，其特征在于：所述上滑移盘和下滑移盘的各花键齿槽的齿槽顶面采用圆拱面并位于同一柱面上，滑移体各花键齿槽的齿槽顶面所在柱面的直径大于导向体花键齿的齿顶面所在柱面的直径，且滑移体的盘体和锥状凸台环腔内壁的直径大于导向体的外环面直径，同时导向体花键齿的两侧齿面分别与滑移体各花键齿槽的两侧齿槽面之间精密配合而构成移动副。

10.根据权利要求1所述的轴向内拉式快速连接海底管道装置，其特征在于：所述液压轴拉系统的各液压缸均沿轴向水平布置，并通过对接支座和导向支座将对接器与滑移体和导向器连为一体，从而完成端部密封器和对接器的轴向内拉；各液压缸的液压油均通过多路换向阀统一供给和分配，实现液压轴拉系统的自动同步轴向推进；液压缸缸筒通过对接支座和对接销轴与对接器和滑移体相连，液压缸活塞杆通过导向支座和导向销轴与导向器相连。