CN107701853A - 一种卡箍连接器用螺栓预紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种卡箍连接器用螺栓预紧装置，由壳体系统，减速系统和拧紧系统构成，其特征为：壳体系统内安装有减速系统，减速系统通过键连接有拧紧系统，拧紧系统内配合安装有螺栓。其工作原理为：液压马达旋转带动小齿轮旋转，小齿轮带动减速齿轮旋转，减速齿轮带动传动齿轮旋转，传动齿轮带动拧紧套筒旋转，最后由拧紧套筒带动螺栓旋转，进而实现多个螺栓同时预紧的目的。与现有技术相比，本发明可为海底卡箍式连接器快速预紧螺栓，进而减少水下辅助连接时间，实现海底管道的快速修复连接，缩短海底管道修复周期，并降低海洋油气输送的综合成本。

Description

一种卡箍连接器用螺栓预紧装置

技术领域

本发明涉及石油天然气海底管道抢修装备技术领域，特别涉及一种卡箍连接器用螺栓预紧装置。

背景技术

随着陆地油气资源的短缺，世界沿海国家陆续对海洋油气资源进行了勘探与开采，且对海洋油气资源的勘探与开采已逐步成为国内外油气工业发展的主要趋势。此外，随着我国经济持续高速增长，油气资源供应不足将成为阻碍经济发展的主要矛盾，为提高油气资源的占有量，海洋油气的勘探和开采已经成为我国实现能源可持续发展的战略重点。

海底管道承担着水下油气井出液、海底原油、天然气和伴生气介质输运等重要任务，因而海底管道的安全稳定的运营对海洋油气资源的开发利用具有重要意义。由于海底运行工况和周围海水的特殊环境，海底管道存在疲劳破坏、地质灾害破坏、腐蚀破坏、船舶抛锚破坏和海洋勘探开发第三方破坏等风险，而海底管道一旦发生泄露，不仅会对下游及终端用户的正常生产和生活造成不利影响，而且还会造成海洋环境污染、油气资源浪费和油田生产中断。

海底管道在运行时若遇到损伤或破坏，需对其进行修复或补强。目前海底管道修复或补强的技术有：管卡堵漏、复合材料补强和水下管段更换三种主要的海底管道修复技术。其中，复合材料补强技术，如注环氧树脂等材料，该修复技术易对海底管道的管体产生冲击破坏，而且注入机设备复杂和庞大，现场材料自作和水下操作工艺复杂，这些都不利于海底管道的快速修复。管卡堵漏修复技术是采用机械式封堵，其优点在于实施简单、作业周期短，可用于渤海海域由于腐蚀、母材缺陷、裂纹等原因引起的管道泄漏，但一旦海底管道出现严重破坏或有较大变形以及海底管道处于较深或深水海域时，该技术就难以实现有效的封堵修复。海底管段更换修复技术其特点是应用范围广，可完成腐蚀或断裂等各种形式的海底管道破坏修复；海底管段更换分为：海底管道焊接更换技术和海底管道连接器连接技术。而海底管道焊接更换技术存在工序多、对环境要求高、结构复杂，不能实现快速更换，因此管段更换效率不高，连接的可靠度不理想，而底管道连接器技术能解决上述问题。根据接头机械连接方式可分为螺栓连接式、卡箍连接式、卡爪连接式，其中卡箍连接器通过螺栓施加预紧力迫使密封橡胶径向收缩与管道形成密封面，且卡箍连接器所需螺栓数量较少，通常只需2~5个螺旋即可完成密封，因此相对较容易实现。然而，卡箍连接器下入海底后，需采用特殊连接机具和水下机器人对卡箍的螺栓进行旋转预紧，从而带来连接费时，操作过程复杂的问题。专利号2008100643759公布了深水法兰自动连接的螺栓插入及法兰对孔装置，专利号2008100646615公布了一体式远程管道法兰螺栓联接机具，专利号2009100724661公布了深海法兰连接螺栓库拧紧装置，而上述工具只能对法兰连接器的螺栓进行预紧，而不能对卡箍式连接器的螺栓进行预紧。

发明内容

为解决卡箍连接器螺栓预紧的上述缺点，本发明的目的在于提供一种卡箍连接器用螺栓预紧装置，该工具可为海底的卡箍连接器快速预紧螺栓，实现海底管道的快速修复连接，从而缩短海底管道修复周期。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种卡箍连接器用螺栓预紧装置，由壳体系统1，减速系统2和拧紧系统3构成，其特征为：壳体系统1内安装有减速系统2，减速系统2通过键连接有拧紧系统3，拧紧系统3内配合安装有螺栓；

所述壳体系统1包括上壳体11、下壳体12；上壳体11的左、右两侧面设计有半圆形凹槽13，半圆形凹槽13的周向设计有均布的螺纹孔，螺栓拧入螺纹孔使轴承端盖14紧固于上壳体11的左、右两端面；轴承端盖14压紧有圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承的内圈配合安装有减速齿轮23的齿轴，圆锥滚子轴承的外圈安装于半圆形凹槽13内；上壳体11的左侧上表面设计有液压马达轴孔，液压马达轴孔周向设计有均布的螺纹孔，液压马达21轴穿过液压马达轴孔并通过螺纹连接使液压马达21紧固于上壳体11的上表面；上壳体11的下表面设计有矩形腔体，矩形腔体内安装有减速系统2，矩形腔体的底面设计通孔，螺栓穿过通孔使上壳体11与下壳体12形成螺纹紧固连接；所述下壳体12呈长方体状，下壳体12的左右两侧面设计有半圆形凹槽13，半圆形凹槽13内安装有圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承接触有轴承端盖14，轴承端盖14通过螺栓连接紧固于下壳体12的左右两端面，下壳体12的左右两端面设计有均布的螺纹孔；下壳体12的上表面边沿处设计有均布的螺纹孔，螺栓穿过螺纹孔使上壳体11与下壳体12形成螺栓紧固连接；下壳体12的上表面设计有矩形腔体，矩形腔体底面设计有2~8个传动齿轮安装孔15，每个传动齿轮安装孔15内均安装有传动齿轮24，每个传动齿轮安装孔15底面均设计有套筒安装孔16，每个套筒安装孔16内均安装有拧紧套筒31，套筒安装孔16的下端设计有环形凹槽，环形凹槽内安装有孔用挡圈；

所述减速系统2包括液压马达21、小齿轮22、减速齿轮23和传动齿轮24；液压马达21通过螺栓紧固于上壳体11的上端表面，液压马达21轴与小齿轮22通过键连接，小齿轮22与减速齿轮23相互啮合，减速齿轮23与传动齿轮24相互啮合；减速齿轮23的齿轴两端设计有阶梯轴，阶梯轴外套有圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承安装于半圆形凹槽13内，减速齿轮23的中部设计有2~8个锥齿轮，第1个锥齿轮与小齿轮22相互啮合，其余的锥齿轮分别与传动齿轮24相互啮合；传动齿轮24的齿轴外套有轴承，轴承安装于下壳体12的传动齿轮安装孔15内，传动齿轮24的齿轴下端通过键连接有拧紧系统3；

所述拧紧系统3包括拧紧套筒31，拧紧套筒31呈阶梯轴状，拧紧套筒31的小轴外表面套有轴承，轴承安装于下壳体12的套筒安装孔16，拧紧套筒31的上端面设计有圆形盲孔，圆形盲孔端面设计有矩形键槽；拧紧套筒31的下端面设计有正六边形盲孔，正六边形盲孔内配合安装有螺栓；拧紧套筒31下端接触有孔用挡圈，孔用挡圈安装于下壳体12内环形凹槽内。

与现有技术比较，本发明的有益效果是：（1）实现海底卡箍连接器的螺栓的快速预紧，减少ROV或人工作业的水下辅助连接时间；（2）螺栓同步拧紧使卡箍式连接器的密封力均匀；（3）机械式传动，传动可靠。

附图说明

图1为本发明的二维平面剖视图。

图2本发明三维示意图。

图3本发明三维剖视图。

图4壳体系统零部件三维爆炸示意图。

图5上壳体三维示意图。

图6下壳体三维示意图。

图7下壳体三维剖视图。

图8减速传动系统三维示意图。

图9小齿轮与减速齿轮，减速齿轮与传动齿轮啮合的三维示意图。

图10传动齿轮与拧紧系统连接三维示意图。

图11传动齿轮与拧紧系统连接三维全剖示意图。

图12拧紧套筒三维剖视图。

图13拧紧套筒三维全剖视图。

图14卡箍连接器三维示意图。

图15本发明与卡箍连接器位置调整时的示意图。

图16为本发明拧紧螺栓时的示意图。

1.壳体系统，2.减速系统，3.拧紧系统，4.卡箍连接器；11.上壳体，12.下壳体，13.半圆形凹槽，14.轴承端盖，14. 轴承端盖，15.传动齿轮安装孔，16.套筒安装孔；21.液压马达，22.小齿轮，23.减速齿轮，24.传动齿轮；31.拧紧套筒；41.管道，42.上卡箍，43.下卡箍。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细叙述。

参照图1~图3，一种卡箍连接器用螺栓预紧装置，由壳体系统1，减速系统2和拧紧系统3构成，其特征为：壳体系统1内安装有减速系统2，减速系统2通过键连接有拧紧系统3，拧紧系统3内配合安装有螺栓。其工作原理为：液压马达21旋转带动小齿轮22旋转，小齿轮22经过减速齿轮23减速后将旋转运动传递给传动齿轮24，传动齿轮24将旋转运动传递给拧紧套筒31，最后由拧紧套筒31带动螺栓旋转，进而实现多个螺栓同时预紧的目的。

参照图4~图5，壳体系统1包括上壳体11、下壳体12。上壳体11呈长方体状，上壳体11的左、右两侧面设计有半圆形凹槽13，半圆形凹槽13用于安装圆锥滚子轴承；半圆形凹槽13的周向设计有均布的3个螺纹孔，螺栓拧入螺纹孔并使轴承端盖14紧固于上壳体11的左右两侧面；轴承端盖14用于定位、紧固圆锥滚子轴承，而圆锥滚子轴承的内圈配合安装有减速齿轮23的齿轴。上壳体11的左侧上表面设计有液压马达轴孔，液压马达轴孔周向设计有均布的螺纹孔，液压马达21轴穿过液压马达轴孔并通过螺纹连接使液压马达21紧固于上壳体11的上表面。上壳体11的下表面设计有矩形腔体，矩形腔体用于安装减速系统2。矩形腔体的底面两侧设计有伸出的窄矩形板，窄矩形板沿长度方向上设计有均布的8个通孔，螺栓穿过通孔并使上壳体11与下壳体12形成螺栓紧固连接。

参照图6~图7，下壳体12呈长方体状，下壳体12的左右两侧面设计有半圆形凹槽13，半圆形凹槽13用于安装圆锥滚子轴承；半圆形凹槽13的周向设计有均布的4个螺纹孔，螺栓拧入螺纹孔进而使轴承端盖14紧固于下壳体12的左右两侧面；所紧固的轴承端盖14则用于圆锥滚子轴承的定位与紧固，而圆锥滚子轴承的内圈则配合安装有减速齿轮23的齿轮轴，从而实现圆锥滚子轴承支撑减速齿轮23的目的。下壳体12的上表面两侧设计有伸出的窄矩形板，窄矩形板沿长度方向上设计有均布的8个螺纹孔，螺栓拧入螺纹孔并使上壳体11与下壳体12形成螺栓紧固连接。下壳体12的上表面设计有矩形腔体，矩形腔体用于安装减速系统2。矩形腔体底面设计有2~8个传动齿轮安装孔15，每个传动齿轮安装孔15底面均设计有套筒安装孔16，每个套筒安装孔16的下端均设计有环形凹槽；传递动齿轮安装孔用于安装传动齿轮24，套筒安装孔16用于安装拧紧套筒31，环形凹槽用于安装孔用挡圈。

参照图8~图9，减速系统2包括液压马达21、小齿轮22、减速齿轮23和传动齿轮24。液压马达21为动力源，液压马达21通过螺栓紧固于上壳体11的上端表面，液压马达轴与小齿轮22通过键连接，从而将液压马达21的扭矩传递给小齿轮22。小齿轮22与减速齿轮23相互啮合，减速齿轮23与传动齿轮24相互啮合，从而将小齿轮22减速并将扭矩传递给传动齿轮24。减速齿轮23的齿轴两端设计有阶梯轴，阶梯轴外套有圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承安装于半圆形凹槽13内，进而实现圆锥滚子轴承支撑减速齿轮23的目的。减速齿轮23的中部设计有6个锥齿轮，第1个锥齿轮与小齿轮22相互啮合，进而使液压马达21的扭矩输入减速系统2中，其余的锥齿轮分别与传动齿轮24相互啮合，从而使减速齿轮23带动传动齿轮24旋转。传动齿轮24为锥齿轮，锥齿轮的齿轴外套有轴承，轴承安装于下壳体12的传动齿轮安装孔15内，从而实现轴承支撑传动齿轮24旋转的目的。传动齿轮24的齿轴下端通过键连接有拧紧系统3，从而将减速后的旋转运动传递给拧紧系统3。

参照图10~图13，述拧紧系统3包括拧紧套筒31。拧紧套筒31呈阶梯轴状，拧紧套筒31的小轴外表面套有轴承，轴承安装于下壳体12的套筒安装孔16，从而实现轴承支撑拧紧筒旋转的目的。拧紧套筒31的上端面设计有圆形盲孔，圆形盲孔端面设计有矩形键槽，键槽内插入有键，从而使拧紧套筒31与传动齿轮24形成键连接，并将传递齿轮的旋转运动传递给拧紧套筒31。拧紧套筒31的下端面设计有正六边形盲孔，正六边形盲孔内配合安装有螺栓，从而使拧紧套筒31带动螺栓旋转，实现螺栓预紧的目的。拧紧套筒31下端接触有孔用挡圈，孔用挡圈安装于下壳体12内环形凹槽内，孔用挡圈用于拧紧套筒31的安装定位并防止其掉落。

参照图14~图16，本发明工作前需将本装置下入海底，并在ROV辅助下使本装置的拧紧套筒31与卡箍连接器4螺栓孔对准；位置调整好后，启动本装置，使拧紧套筒31带动螺栓不断旋转，进而使上卡箍42与下卡箍43不断挤压橡胶，迫使密封橡胶径向收缩与管道41形成密封面。此外，为形成良好的密封效果，应使卡箍连接器左右两侧的拧紧装置同时工作。

Claims (1)

1.一种卡箍连接器用螺栓预紧装置，由壳体系统（1），减速系统（2）和拧紧系统（3）构成，其特征为：壳体系统（1）内安装有减速系统（2），减速系统（2）通过键连接有拧紧系统（3），拧紧系统（3）内配合安装有螺栓；

所述壳体系统（1）包括上壳体（11）、下壳体（12）；上壳体（11）的左、右两侧面设计有半圆形凹槽（13），半圆形凹槽（13）的周向设计有均布的螺纹孔，螺栓拧入螺纹孔使轴承端盖（14）紧固于上壳体（11）的左、右两端面；轴承端盖（14）压紧有圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承的内圈配合安装有减速齿轮（23）的齿轴，圆锥滚子轴承的外圈安装于半圆形凹槽（13）内；上壳体（11）的左侧上表面设计有液压马达轴孔，液压马达轴孔周向设计有均布的螺纹孔，液压马达（21）轴穿过液压马达轴孔并通过螺纹连接使液压马达（21）紧固于上壳体（11）的上表面；上壳体（11）的下表面设计有矩形腔体，矩形腔体内安装有减速系统（2），矩形腔体的底面沿长度方向设计通孔，螺栓穿过通孔使上壳体（11）与下壳体（12）形成螺纹紧固连接；所述下壳体（12）呈长方体状，下壳体（12）的左右两侧面设计有半圆形凹槽（13），半圆形凹槽（13）内安装有圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承接触有轴承端盖（14），轴承端盖（14）通过螺栓连接紧固于下壳体（12）的左右两端面，下壳体（12）的左右两端面设计有均布的螺纹孔；下壳体（12）的上表面边沿长度方向设计有均布的螺纹孔，螺栓穿过螺纹孔使上壳体（11）与下壳体（12）形成螺栓紧固连接；下壳体（12）的上表面设计有矩形腔体，矩形腔体底面设计有2~8个传动齿轮安装孔（15），每个传动齿轮安装孔（15）内均安装有传动齿轮（24），每个传动齿轮安装孔（15）底面均设计有套筒安装孔（16），每个套筒安装孔（16）内均安装有拧紧套筒（31），套筒安装孔（16）的下端设计有环形凹槽，环形凹槽内安装有孔用挡圈；

所述减速系统（2）包括液压马达（21）、小齿轮（22）、减速齿轮（23）和传动齿轮（24）；液压马达（21）通过螺栓紧固于上壳体（11）的上端表面，液压马达（21）轴与小齿轮（22）通过键连接，小齿轮（22）与减速齿轮（23）相互啮合，减速齿轮（23）与传动齿轮（24）相互啮合；减速齿轮（23）的齿轴两端设计有阶梯轴，阶梯轴外套有圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承安装于半圆形凹槽（13）内，减速齿轮（23）的中部设计有2~8个锥齿轮，第1个锥齿轮与小齿轮（22）相互啮合，其余的锥齿轮分别与传动齿轮（24）相互啮合；传动齿轮（24）的齿轴外套有轴承，轴承安装于下壳体（12）的传动齿轮安装孔（15）内，传动齿轮（24）的齿轴下端通过键连接有拧紧系统（3）；

所述拧紧系统（3）包括拧紧套筒（31）；拧紧套筒（31）呈阶梯轴状，拧紧套筒（31）的小轴外表面套有轴承，轴承安装于下壳体（12）的套筒安装孔（16），拧紧套筒（31）的上端面设计有圆形盲孔，圆形盲孔端面设计有矩形键槽；拧紧套筒（31）的下端面设计有正六边形盲孔，正六边形盲孔内配合安装有螺栓；拧紧套筒（31）下端接触有孔用挡圈，孔用挡圈安装于下壳体（12）内环形凹槽内。