CN107570613B - 水下冷成型管道连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明为水下冷成型管道连接装置，包括管道1、膨胀工具套2、锥形头3、主动夹具活塞4、主动夹具壳体5、主动夹具缸盖6、法兰7、保持器8、夹具支撑架9、液压缸支撑壳体10、挤压活塞11、液压缸缸体12、被动夹具活塞13、弹簧14、弹簧套筒15、被动夹具壳体16、冷压工具支撑壳体17以及相应的传动部件等。主要功能是水下管道连接，液压动力装置提供足够的压力来挤压管道1，使得管道1产生塑性变形，嵌入法兰7的凹槽中，实现连接和密封。完成整个冷压工作，需要准确定位冷压工具、法兰7和管道1，夹具提供了稳定的连接作业环境。最重要的冷压过程，是通过冷压工具头实现，它作为执行机构，将驱动力转换成对管道1的径向挤压力。

Description

水下冷成型管道连接装置

技术领域

本发明属于管道连接技术领域，具体涉及一种水下冷成型管道连接装置。

背景技术

对于海底管道的铺设技术，不得不提的就是管道的连接技术。在海洋的高压、腐蚀性水下环境中，方便可靠的管道连接技术是必须的。管道连接技术主要研究和发展方向是直接在海底完成管道连接作业，即水中作业，而非在海面上进行管道的连接。因提升管道至海面进行管道连接的连接方式与陆地连接并无多大区别且耗时费力，研究意义不大。本文围绕冷成型管道连接技术，设计了一种新型的管道连接装置，采用基于塑性变形的连接工艺，其可以在水下进行连接工作，提升了海底管道铺设和维修的效率。

由于海底管道工作环境恶劣，外部是具有较强腐蚀性的海水或海底土壤，有的管道内部又输送具有较强腐蚀性的油气混合物，因此海底管道的腐蚀损坏现象十分的常见，损坏的管道需要更换、重新安装，本专利使用冷成型技术，无需水下焊接等复杂的连接方法，故水下回接技术在维修和更换损坏的管道方面也意义重大。对于浅水区域，有直接通过潜水员进行修复的方式，但是工作危险且效率低。因此，为了完成深水管道连接以及提高连接作业的安全性和效率，开发自动化程度高的水下管道连接装置是研究的焦点。

目前，国内涉及水下管道连接装置的发明专利，如专利申请号为01251164.1，名为“管道快速连接装置”，旋转挤压螺纹器的前边有圆筒垫套在管子上，在圆筒垫的前边有圆筒胶垫套在管子上，连接套筒套在圆环胶垫上，紧固外套套在连接套筒上，由紧固外套上的内螺纹与连接套筒上的外螺纹紧固连接，紧固外套内没有内螺纹处有一个主动销子，旋转挤压螺纹器的大圆台一端有一个凸台，旋转挤压螺纹器的两端头内有内螺纹。专利中没有使用冷成型技术，而是通过管道结构的改变完成连接，和本专利的原理和工作方式均不同。如专利申请号为02288714.8，名为“通风管道连接装置”，连接件的截面的一端有与所连接管道厚度吻合的凹形槽，另一端一角有一个L型插槽；其两侧的每一弯端与连接件上的L型插槽想配合。专利中将管道做成一种特殊结构，并不适用普通圆形管道的连接。与本专利的原理和工作方式均不同。

发明内容

针对目前现有技术中费用高、技术难度大、结构复杂等不足，本发明旨在提供一种机械结构简单、安全性和可靠性高、便于操作、成本低的水下冷成型管道连接装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明为水下冷成型管道连接装置，包括执行机构部分、保持定位机构部分、被操作部件部分、支撑件部分等；执行机构部分包括液压缸缸体12、挤压活塞11、锥形头3、膨胀工具套2；保持定位机构部分包括保持器8、主动夹具和被动夹具，主动夹具包括主动夹具活塞4、主动夹具缸盖6、主动夹具壳体5，被动夹具包括被动夹具活塞13、弹簧14、弹簧套筒15和被动夹具壳体16；被操作部件部分包括法兰7和管道1；支撑件部分包括夹具支撑架9，液压缸支撑壳体10以及冷压工具支撑壳体17；其特征在于：所述的夹具支撑架9固定主动夹具和被动夹具的位置，冷压工具支撑壳体17固定液压缸缸体12、挤压活塞11，连接夹具支撑架9，液压缸支撑壳体10固定液压缸缸体12，连接冷压工具支撑壳体17；挤压活塞11与锥形头3通过螺纹连接。

所述的膨胀工具套2被切割成花瓣状，内部为与锥形头3配合的锥形空腔，外部为圆柱形；膨胀工具套2外部有两道凸起结构。

所述的工作原理是：管道1嵌入法兰7，保持器8与法兰7对齐，主动夹具和被动夹具对齐法兰7的的外缘面；对主动夹具活塞4施加液压动力，与被动夹具活塞13、弹簧14配合将法兰7夹紧；对挤压活塞11施加液压动力，带动锥形头3向前运动，锥形头3将挤压活塞11的轴向力转化为径向力；在锥形头3的推动下，膨胀工具套2径向张开；在力的作用下，管道1发生塑性变形，嵌入到法兰7内环的凹槽中并且发生塑性变形，完成了管道1与法兰7的连接工作。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：

本发明具有结构简单、安装方便、易于水下应用等优点，在未来的海底油气管道连接方面有很大的发展空间。

本发明相对水下焊接，简单、效率高；相对于机械连接，安装过程简单，安装费用低。

本发明只需保证与法兰7和管道1正确对接，就可以开始连接工作，无需机器人进行其他复杂的安装作业，无需对要连接的管道1进行复杂的处理工作。

本发明和其他的水下管道连接装置相比，具有传动效率高、对环境影响小，对水中生物影响小等优点。

附图说明

图1为水下冷成型管道连接装置的整体半剖图。

图2为水下冷成型管道连接装置的轴侧结构图。

图3为水下冷成型管道连接装置的左视整体结构图。

图4为水下冷成型管道连接装置的主动夹具结构图。

图5为水下冷成型管道连接装置的被动夹具结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更详细地描述：

本发明阐述了一种新型的水下冷成型管道连接装置，整体结构如图1、图2、图3所示，主要包括执行机构部分、保持定位机构部分、被操作部件部分、支撑件部分等几部分。

执行机构部分包括挤压活塞11、膨胀工具套2、锥形头3、液压缸缸体12。其中，挤压活塞11嵌入到液压缸缸体12内，通过液压动力推动挤压活塞11向前运动。锥形头3通过螺纹与挤压活塞11相连接，挤压活塞11带动锥形头3做同向运动。锥形头3嵌入到膨胀工具套2中，膨胀工具套2的作用是利用锥形头3产生的垂直于锥面的分力来实现对管道1的径向挤压，从而提供管道1变形的成形压力。膨胀工具套2的内部是一个与锥形头3配合的锥形空腔，膨胀工具套2的外部是圆柱形的。膨胀工具套2外部上有两道凸起结构，其作用是挤压该处的管道壁，使管道壁嵌入配合的法兰7的凹槽。膨胀工具套2被切割成花瓣状的，当其内部受到力挤压时，能够像花瓣一样张开。

如图1、图3、图4、图5所示，保持定位部分包括主动夹具活塞4、主动夹具壳体5、主动夹具缸盖6、保持器8、被动夹具活塞13、弹簧14、弹簧套筒15、被动夹具壳体16。保持器8的作用是保证膨胀工具套2不产生轴向的位移，从而确保管道1能够准确的嵌入配合法兰7之中。当锥形头3向右运动推动膨胀工具套2时，保持器8阻止了膨胀工具套2向右的轴向位移，膨胀工具套2只能够径向的张开。通过锥形头3、膨胀工具套2和保持器8这三个零件的组合，完全实现了将轴向力转换为径向力以及将轴向位移转化为径向位移的任务。同样地，法兰7也需要保持位置和固定，主动夹具活塞4通过液压动力挤压法兰7，同时被动夹具活塞13和弹簧14也对法兰7有一个反作用力，使法兰7固定在一个位置上不能发生位移。

如图1、图2、图3所示，被操作部分包括管道1和改进后的法兰7。管道1需要发生塑性变形嵌入到法兰7内环凹槽中实现连接，所以需要对普通法兰7进行改进以满足这种连接方式的需要，即在法兰7的内环上开两道矩形的凹形槽，在开槽的过程中要注意管道1的壁厚和凹形槽的尺寸。

如图1、图2所示，支撑件部分包括夹具支撑架9、液压缸支撑壳体10、冷压工具支撑壳体17。支撑件部分主要用来连接其他几部分部件，其中液压缸支撑壳体10主要作用是固定液压缸缸体12和连接冷压工具支撑壳体17。冷压工具支撑壳体17主要是固定液压缸缸体12、挤压活塞11，连接夹具支撑架9。夹具支撑架9用于固定主动夹具和被动夹具的位置，使夹具能在固定位置对法兰7进行夹紧。

这种实施方式的工作原理为：

当水下冷成型管道连接装置工作时，将管道1嵌入法兰7中的合适位置，将保持器8与法兰7对齐，将主动和被动夹具对齐法兰7的的外缘面。对主动夹具活塞4施加动力，与被动夹具活塞13、弹簧14配合，将法兰7夹紧。对挤压活塞11施加动力，挤压活塞11带动锥形头3向前运动，锥形头3将挤压活塞11的轴向力转化为径向力。在锥形头3的推动下，膨胀工具套2径向张开。在力的作用下，管道1发生塑性变形，嵌入到法兰7内环的凹槽中并且发生塑性变形，完成了管道1与法兰7的连接工作。

本发明具有结构简单、安装方便、易于水下应用等优点，在未来的海底油气管道连接方面有很大的发展空间水下冷成型管道连接相对水下焊接，简单、效率高；相对于机械连接，安装过程简单，安装费用低和其他的水下管道连接装置相比，具有传动效率高、对环境影响小，对水中生物影响小等优点。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。凡是根据上述描述做出各种可能的等同替换或改变，均被认为属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.水下冷成型管道连接装置，包括执行机构部分、保持定位机构部分、被操作部件部分、支撑件部分；执行机构部分包括液压缸缸体(12)、挤压活塞(11)、锥形头(3)、膨胀工具套(2)；保持定位机构部分包括保持器(8)、主动夹具和被动夹具，主动夹具包括主动夹具活塞(4)、主动夹具缸盖(6)、主动夹具壳体(5)，被动夹具包括被动夹具活塞(13)、弹簧(14)、弹簧套筒(15)和被动夹具壳体(16)；被操作部件部分包括法兰(7)和管道(1)；支撑件部分包括夹具支撑架(9)，液压缸支撑壳体(10)以及冷压工具支撑壳体(17)；其特征在于：所述的夹具支撑架(9)固定主动夹具和被动夹具的位置，冷压工具支撑壳体(17)固定液压缸缸体(12)、挤压活塞(11)，连接夹具支撑架(9)，液压缸支撑壳体(10)固定液压缸缸体(12)，连接冷压工具支撑壳体(17)；挤压活塞(11)与锥形头(3)通过螺纹连接，所述的膨胀工具套(2)被切割成花瓣状，内部为与锥形头(3)配合的锥形空腔，外部为圆柱形，膨胀工具套(2)外部有两道凸起结构，在法兰(7)的内环上开两道矩形的凹槽。

2.根据权利要求1所述的水下冷成型管道连接装置，其特征在于：所述的连接装置的工作原理是：管道(1)嵌入法兰(7)，保持器(8)与法兰(7)对齐，主动夹具和被动夹具对齐法兰(7)的外缘面；对主动夹具活塞(4)施加液压动力，与被动夹具活塞(13)、弹簧(14)配合将法兰(7)夹紧；对挤压活塞(11)施加液压动力，带动锥形头(3)向前运动，锥形头(3)将挤压活塞(11)的轴向力转化为径向力；在锥形头(3)的推动下，膨胀工具套(2)径向张开；在力的作用下，管道(1)发生塑性变形，嵌入到法兰(7)内环的凹槽中并且发生塑性变形，完成了管道(1)与法兰(7)的连接工作。