CN107830288B - 一种管道快速连接法兰 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种管道快速连接法兰，由壳体、径向抱紧系统、密封系统和轴向压紧系统构成，其特征为：径向抱紧系统安装于壳体的内凹楔面内；壳体与轴向压紧系统之间安装有密封系统；壳体与轴向压紧系统之间由拉杆螺栓紧固连接。其工作原理为：壳体轴向移动使径向抱紧系统抱紧套管；拉紧螺栓使壳体与轴向压紧系统形成紧固连接，从而使法兰端盖压紧套管端面，并使密封圈受压变成，进而防止油气从法兰端盖处泄露。与现有技术相比，本发明可为水下的海底管道快速安装法兰，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、减轻劳动强度，并降低海洋油气输送的综合成本。

Description

一种管道快速连接法兰
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，特别涉及一种管道快速连接法兰。
背景技术
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；海底管道连接器技术能解决上述问题，但缺点是修复用机械连接器这一关键备件的生产及其修复作业装置和作业流程一直掌握在国外专业公司手中，国内相应的装备和技术较少。此外，目前国内外的海底管段更换的装备主要以连接器为主，如专利号CN201620156196.8公布了一种新型海底管道连接器，专利号CN201510054118.7公布了一种海底管道卡箍修复连接器，专利号CN201621328659.0公布了一种海底管道堵漏装置及分体式海底管道堵漏夹具，专利号CN201610319504.9一种可调偏式海底管道快速修复连接装置。
发明内容
为了克服现有海底管段更换装备的上述缺点，本发明的目的在于提供一种管道快速连接法兰，该装置可为水下的海底管道快速安装法兰，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：
一种管道快速连接法兰，由壳体1、径向抱紧系统2、密封系统3和轴向压紧系统4构成，其特征为：径向抱紧系统2安装于壳体1的中部内侧；壳体1与轴向压紧系统4之间安装有密封系统3；壳体1与轴向压紧系统4之间由拉紧螺栓42紧固连接；
所述径向抱紧系统2包括上抱紧环21，下抱紧环22；上抱紧环21左侧设计有3～30个外楔块27，每个外楔块27的外表面设置有1～5个外凸楔面24，每个外凸楔面24均与壳体1的内凹楔面11接触；外楔块27的内表面设置有三角形卡牙23，三角形卡牙23与套管5接触；上抱紧环21的右侧设计有连接外楔块27的上半圆环，上抱紧环21的上半圆环两侧端面设计有环形槽25；下抱紧环22的下半圆环两侧端面设计有环形凸起26；下抱紧环22的环形凸起26插入上抱紧环21的环形槽25内形成一个圆形的径向抱紧系统2，径向抱紧系统2配合安装于壳体1的内表面；
所述壳体1呈阶梯圆筒状，壳体1的左端面设计有均布的圆形通孔；壳体1的左侧内表面设计有沟槽，沟槽内配合安装有密封圈；壳体1的中侧内表面设计有内凹楔面11，内凹楔面11内安装有抱紧系统的外楔块27；壳体1的右侧端面设计第一内沟槽，第一内沟槽左端底面和右端表面均设计有第一圆弧形凹槽，第一圆弧形凹槽内安装有密封系统3的密封圈；
所述密封系统3包括移动圆环31，密封保持架32；密封保持架32的左右两侧端面均设计有第二圆弧形凹槽12，第二圆弧形凹槽12内均安装有密封圈；密封保持架32安装于移动圆环31内；移动圆环31的左右两侧端面均设计有第二内沟槽，第二内沟槽内均安装有密封圈；
所述轴向压紧系统4包括法兰端盖41，拉紧螺栓42；法兰端盖41呈腰鼓形，法兰端盖41的左右两端面设计有均布有通孔，拉紧螺栓42穿过法兰端盖41的左端通孔使法兰端盖41与壳体1形成紧固连接。
与现有技术比较，本发明的有益效果是：(1)为海底管道更换段快速制作法兰，从而实现更换段管道的快速连接；(2)本发明结构简单，避免了复杂的结构系统。
附图说明
图1为本发明二维平面剖视图。
图2为本发明三维示意图。
图3为半发明三维剖视图。
图4为壳体四分之一剖视图。
图5为壳体半剖示意图。
图6为轴向压紧系统示三维示意图。
图7为上抱紧环三维示意图。
图8下抱紧环三维示意图。
图9为密封系统三维示意图。
图10为左右密封保持架三维示意图。
图11为移动圆环三维示意图。
图12为密封系统的安装位置示意图。
图13为轴向压紧系统于壳体的连接示意图。
图14为轴向压紧系统三维示意图。
图15为本发明与预制法兰管道的连接示意图。
1.壳体，2.径向抱紧系统，3.密封系统，4.轴向压紧系统，5.套管，6.预制法兰管道；11.内凹楔面，12.圆弧形凹槽；21.上抱紧环，22.下抱紧环，23.卡牙，24.外凸楔面，25.环形槽，26环形凸起，27.外楔块；31.移动圆环，32.密封保持架；41.法兰端盖，42.拉紧螺栓，43.螺母。
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3，一种管道快速连接法兰，由壳体1、径向抱紧系统2、密封系统3和轴向压紧系统4构成，其特征为：径向抱紧系统2安装于壳体1的中部内侧；壳体1与轴向压紧系统4之间安装有密封系统3；壳体1与轴向压紧系统4之间由拉杆螺栓紧固连接。其工作原理为：海底管道穿入快速连接法兰的环空，并使管道的端面与法兰端盖41接触；随后旋转拉紧螺栓42处的螺母使壳体1沿轴向移动，壳体1轴向移动使径向抱紧系统2抱紧套管5，此外，轴向壳体1移动还使壳体1与法兰端盖41压紧密封系统3，从而防止油气泄露；拉紧螺栓42使法兰端盖41与壳体1形成紧固连接，从而使法兰轴向压紧套管5端面。
参照图4～图5，所述壳体1用于安装径向抱紧系统2。壳体1呈阶梯圆筒状，壳体1的左端面沿轴向设计有均布的12个圆形通孔，圆形通孔用于连接拉紧螺栓42，从而使壳体1与法兰端盖41形成紧固连接。壳体1的左侧内表面设计有沟槽，沟槽内配合安装有密封圈，密封圈用于防止海水从壳体1左侧进入径向抱紧系统2，从而影响径向抱紧系统2的正常工作。壳体1的中部内表面设计有内凹楔面11，内凹楔面11内安装有径向抱紧系统2的外楔块27，壳体1的内凹楔面11可沿外楔块27轴向滑移，从而使壳体1的轴向运动转化为径向抱紧系统2的径向抱紧力。壳体1的右侧端面设计第一内沟槽，第一内沟槽左端底面和右端表面均设计有第一圆弧形凹槽12，第一圆弧形凹槽12内安装有密封系统3的密封圈，密封圈用于防止油气从泄露。
参照图6～8，所述径向抱紧系统2包括上抱紧环21，下抱紧环22。上抱紧环21左侧设计有20个外楔块27，每个外楔块27的外表面设置有2个外凸楔面24，每个外凸楔面24均与壳体1的内凹楔面11接触，并能使壳体1沿外凸楔面24滑移，从而使外楔块27径向收缩，进而使外楔块27径向抱紧套管5。外楔块27的内表面设置有三角形卡牙23，三角形卡牙23与套管5接触，从而增加外楔块27的抱紧力。上抱紧环21的右侧设计有连接外楔块27的上半圆环，上抱紧环21的上半圆环半圆环的两侧端面设计有环形槽25。下抱紧环22与上抱紧环21结构基本类似；下抱紧环22的下半圆环两侧端面设计有环形凸起26。下抱紧环22的环形凸起26插入上抱紧环21的环形槽25内形成一个圆形的径向抱紧系统2，径向抱紧系统2配合安装于壳体1的内表面，从而在壳体1作用下，使抱紧系统抱紧套管5。此外，可将上、下抱紧环再拆分为多个小块的抱紧环，以便于径向抱紧系统2的装配。
参照图9～图12，所述密封系统3包括移动圆环31，密封保持架32。密封保持架32用于限制橡胶密封圈的变形区域，从而使密封圈达到最佳的密封效果。密封保持架32的左右两侧端面均设计有第二圆弧形凹槽12，第二圆弧形凹槽12内均安装有密封圈，密封圈用于防止油气泄露。密封保持架32安装于移动圆环31内，圆环起到轴向导向和安装密封保持架32的目的；移动圆环31的左右两侧端面均设计有第二内沟槽，第二内沟槽内均安装有密封圈，密封圈用于防止油气泄露。
参照13～图15，所述轴向压紧系统4包括法兰端盖41，拉紧螺栓42，螺母43。法兰端盖41呈腰鼓形，法兰端盖41的左右两端面均布有通孔。拉杆螺栓42与螺母43形成螺纹连接，拉紧螺栓42穿过法兰端盖41的左端通孔使法兰端盖41与壳体1形成紧固连接。法兰端盖41的右端通孔用于螺栓连接更换的预制法兰管道52。此外，为便于螺母43的拧紧，可使用液压扭矩扳手对其拧紧。

Claims (1)

1.一种管道快速连接法兰，由壳体(1)、径向抱紧系统(2)、密封系统(3)和轴向压紧系统(4)构成，其特征为：径向抱紧系统(2)安装于壳体(1)的中部内侧；壳体(1)与轴向压紧系统(4)之间安装有密封系统(3)；壳体(1)与轴向压紧系统(4)之间由拉紧螺栓(42)紧固连接；
所述径向抱紧系统(2)包括上抱紧环(21)，下抱紧环(22)；上抱紧环(21)左侧设计有3～30个外楔块(27)，每个外楔块(27)的外表面设置有1～5个外凸楔面(24)，每个外凸楔面(24)均与壳体(1)的内凹楔面(11)接触；外楔块(27)的内表面设置有三角形卡牙(23)，三角形卡牙(23)与套管(5)接触；上抱紧环(21)的右侧设计有连接外楔块(27)的上半圆环，上抱紧环(21)的上半圆环两侧端面设计有环形槽(25)；下抱紧环(22)的下半圆环两侧端面设计有环形凸起(26)；下抱紧环(22)的环形凸起(26)插入上抱紧环(21)的环形槽(25)内形成一个圆形的径向抱紧系统(2)，径向抱紧系统(2)配合安装于壳体(1)的内表面；
所述壳体(1)呈阶梯圆筒状，壳体(1)的左端面设计有均布的圆形通孔；壳体(1)的左侧内表面设计有沟槽，沟槽内配合安装有密封圈；壳体(1)的中侧内表面设计有内凹楔面(11)，内凹楔面(11)内安装有抱紧系统的外楔块(27)；壳体(1)的右侧端面设计有第一内沟槽，第一内沟槽左端底面和右端表面均设计有第一圆弧形凹槽，第一圆弧形凹槽内安装有密封系统(3)的密封圈；
所述密封系统(3)包括移动圆环(31)，密封保持架(32)；密封保持架(32)的左右两侧端面均设计有第二圆弧形凹槽，第二圆弧形凹槽内均安装有密封圈；密封保持架(32)安装于移动圆环(31)内；移动圆环(31)的左右两侧端面均设计有第二内沟槽，第二内沟槽内均安装有密封圈；
所述轴向压紧系统(4)包括法兰端盖(41)，拉紧螺栓(42)；法兰端盖(41)呈腰鼓形，法兰端盖(41)的左右两端面均布有通孔，拉紧螺栓(42)穿过法兰端盖(41)的左端通孔使法兰端盖(41)与壳体(1)形成紧固连接。
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