CN108022737B - 一种用于水下控制系统的电飞线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于水下控制系统的电飞线，包括可移动端和固定端；可移动端包括可移动端用安装基座、可移动端用耦合线圈和可移动端用电缆，可移动端用耦合线圈密封固定安装在可移动端用安装基座上；固定端包括固定端用安装基座、固定端用耦合线圈和固定端用电缆，固定端用耦合线圈密封固定安装在固定端用安装基座上；固定端用安装基座与可移动端用安装基座之间具有对接固定连接结构，且当固定端用安装基座与可移动端用安装基座对接固定相连时，固定端用耦合线圈与可移动端用耦合线圈相紧邻。本发明的用于水下控制系统的电飞线具有结构简单可靠，适于在水下使用的优点。
Description
技术领域
本发明属于水下油气开采系统的水下控制系统领域，具体涉及一种用于水下控制系统的电飞线。
背景技术
水下控制系统是确保水下生产设施各单元协调有序工作的核心。水下控制系统由脐带缆、水下分配单元、水下控制模块、液飞线与电飞线等设备组成，主要用于把上部平台的指令信号传输到水下设备，水下设备的运行状况也会通过控制系统，把信号反馈给上部平台。如此一来，操作人员就可以远程遥控操作水下设备，同时监控水下阀门的开关情况、井口及海管内的油气流量、温度、压力等数据。
此前，水下控制系统技术主要由一些成熟的国外公司掌握并形成对市场的垄断。为了打破这一局面，申请人已于多年前积极部署研究水下生产系统相关技术。伴随着大型深水油气田的不断开发，水下众多的采油/气树以及管汇等水下生产设施的电力、通信信号的输送和分配变得愈发重要，其稳定性直接关系到一个生产区块能否正常运行，电飞线正是承担这一作用的重要水下通道，是名副其实的水下“生命线”。
然而，现有技术技术中没公开过关于用于水下控制系统的电飞线的技术方案。
基于此，如何设计一种结构简单可靠的用于水下控制系统的电飞线是本领域技术人员亟需考虑解决的技术问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种结构简单可靠的用于水下控制系统的电飞线。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种用于水下控制系统的电飞线，包括能量与信号连接器，所述能量与信号连接器包括可移动端和固定端；
所述可移动端包括可移动端用安装基座、可移动端用耦合线圈和可移动端用电缆，所述可移动端用耦合线圈密封固定安装在所述可移动端用安装基座上，所述可移动端用电缆的一端与所述可移动端用耦合线圈密封电性相连，所述可移动端用电缆的另一端位于所述可移动端用安装基座的外部并构成可移动端用电传输连接端；
所述固定端包括固定端用安装基座、固定端用耦合线圈和固定端用电缆，所述固定端用耦合线圈密封固定安装在所述固定端用安装基座上，所述固定端用电缆的一端与所述固定端用耦合线圈密封电性相连，所述固定端用电缆的另一端位于所述固定端用安装基座外部并构成固定端用电传输连接端；
所述固定端用安装基座与所述可移动端用安装基座之间具有对接固定连接结构，且当所述固定端用安装基座与所述可移动端用安装基座对接固定相连时，所述固定端用耦合线圈与所述可移动端用耦合线圈相紧邻。
本发明的用于水下控制系统的电飞线在使用前，将固定端整体固定安装在采油树上，将固定端用电传输连接端与采油树上的能量与信号传输电缆密封连接。且固定端整体随采油树先行下放安装到水下。
将可移动端的可移动端用电传输连接端与水下分配系统（Subsea DistributionSystem，SDS）上对应的接口电性密封相连。待水下分配系统下放安装至水下制定地点后。随后，通过ROV来握持安装可移动端的可移动端用安装基座来与固定端用安装基座对接固定连接，并使得“固定端用耦合线圈与所述可移动端用耦合线圈相紧邻”，从而使得“固定端用耦合线圈与所述可移动端用耦合线圈”之间能够通过电磁感应来可靠地传输电能与信号。
综上可知，本发明的用于水下控制系统的电飞线的结构简单，且固定端用耦合线圈与可移动端用耦合线圈分别为密封固定安装在相应的安装基座上，故具有结构可靠且适于水下使用的优点。
作为一种优选方案，所述固定端用安装基座和可移动端用安装基座均包括一个安装壳体和一个端盖，所述安装壳体整体呈内部具有空腔的套筒状结构，该安装壳体的一端为封闭端，另一端为密封固定连接有所述端盖的开口端；所述端盖处用于安装耦合线圈，所述安装壳体的封闭端处贯穿设置有供电缆穿出的穿出孔。
上述分别包括一个安装壳体和一个端盖的固定端用安装基座和可移动端用安装基座具有结构简单，易于在空腔内设置安装板，以及易于快速实现装配的优点。
作为一种优选方案，所述端盖的外侧端面内凹形成有一个耦合线圈用安装室，所述耦合线圈用安装室的底面贯穿设置有穿线孔；所述固定端用耦合线圈和所述可移动端用耦合线圈分别安装于对应的端盖的耦合线圈用安装室内，并经穿线孔与对应的电缆相连接；所述耦合线圈用安装室通过灌封胶密封。
当安装壳体和端盖均由导电且耐腐蚀的金属材质制得时，如果将耦合线圈设置在安装壳体和端盖内部，则安装壳体和端盖会形成电磁屏蔽，影响耦合线圈之间的能量与信号的传输。
采用上述“带有耦合线圈用安装室”的端盖，以及“耦合线圈用安装室通过灌封胶密封”不仅能够避免出现“电磁屏蔽”，从而确保固定端用耦合线圈与可移动端用耦合线圈之间信号与能量传输的可靠性。
与此同时，在“端盖的外侧端面内凹形成有一个耦合线圈用安装室”还能够使得“固定端用安装基座与可移动端用安装基座”在对接后，固定端用耦合线圈与可移动端用耦合线圈之间距离最近，进一步避免传输过程中的能量损失，提升信号与能量传输的可靠性。
作为一种优选方案，所述可移动端为竖向置放且可移动端用安装基座的端盖朝下；
所述可移动端还包括导向筒，所述导向筒套接固定在可移动端用安装基座的安装壳体的外部，且所述导向筒的下端位于所述安装壳体的下方，所述导向筒的下端的内侧面为由上向下开口逐渐增大的锥筒型导向面。
上述导向筒及其锥筒型导向面的设置，不仅能够用于可移动端用安装基座与固定端用安装基座在对接时的导向定位。
与此同时，导向筒还能够在可移动端用安装基座与固定端用安装基座对接完成后罩在可移动端用安装基座与固定端用安装基座的外部，阻止泥沙等污物进入并起到保护作用，确保固定端用耦合线圈与可移动端用耦合线圈之间信号与能量传输的可靠性。
作为一种优选方案，所述导向筒的外侧固定安装有把手。
上述把手的设置，便于ROV（水下机器人）对可移动端整体稳靠的握持，从而便于通过远程操控ROV（水下机器人）在水下将可移动端与固定端对接固定。
作为一种优选方案，可移动端用安装基座的安装壳体的上端面具有一个出线用凸起，所述出线用凸起的内部为与该安装壳体的空腔连通的空心结构，且供电缆穿出的穿出孔设置于所述出线用凸起的侧壁。
采用上述结构后，不仅能够方便地向出线用凸起的空心结构来形成填充腔，从而便于向该填充腔内灌入灌封胶来获得更好的密封效果。
与此同时，通过“供电缆穿出的穿出孔设置于所述出线用凸起的侧壁”的结构，也能够防止ROV（水下机器人）握持把手的过程中与电缆之间的碰撞，起到保护电缆的作用。
作为一种优选方案，用于水下控制系统的电飞线，其特征在于：还包括供导向筒导向限位用的导向限位结构，所述导向限位结构包括导向销和导向孔，所述导向销凸起于固定端用安装基座的安装壳体的外侧面，所述导向孔为沿着所述导向筒的高度方向延伸且沿径向贯穿所述导向筒的下段侧壁的长条形，所述导向销能够插入所述导向孔内并与所述导向孔的孔壁滑动配合相连。
上述导向限位结构的设置，不仅能够对导向筒起到圆周方向和高度方向上的导向和限位。还便于通过观测导向销在导向孔内的位置来准确判断可移动端与固定端之间的相对位置，从而便于快速获知固定端与可移动端之间是否对接到位，提高水下装配操作的准确性。
作为一种优选方案，用于水下控制系统的电飞线还包括对接锁紧结构，所述对接锁紧结构包括锁紧卡块和锁紧台阶；
所述锁紧卡块为由弹性材料制得的长条形块状结构，所述导向筒的侧壁上竖向固定设置有所述锁紧卡块，所述锁紧卡块的上端为固定端，所述锁紧卡块的下端的内侧面具有贯穿所述所述导向筒的侧壁的限位凸起，所述限位凸起下侧面为导向斜面，所述导向斜面在导向筒径向上的高度由上往下逐渐降低；
所述固定端用安装基座的上端外侧面外凸形成有所述锁紧台阶，且当所述固定端用安装基座与所述可移动端用安装基座对接相连时，所述锁紧台阶的下端面与所述锁紧卡块下端的限位凸起的上端面相抵接并锁紧。
采用上述对接锁紧结构能够在固定端用安装基座与所述可移动端用安装基座对接相连，通过上述锁紧卡块和锁紧台阶相配合的结构来实现固定端用安装基座与所述可移动端用安装基座之间的对接锁紧。
作为一种优选方案，所述导向筒的侧壁上贯穿设置有供所述锁紧卡块整体落入的安装孔，所述安装孔的上端处位于可移动端用安装基座的安装壳体的侧壁高度方向的中部位置处，且该安装孔的上端处的可移动端用安装基座的安装壳体的侧壁处设置有螺纹孔；
所述锁紧卡块的上端贯穿设置有连接孔，所述锁紧卡块的上端通过旋接在所述螺纹孔和连接孔内的螺栓实现固定。
上述锁紧卡块上端的固定结构具有最便于加工与安装，也便于拆卸从而快速解锁的优点。
作为一种优选方案，所述可移动端和固定端对接后无圆周向限制，且能够在圆周方向自由转动。
这样，可移动端和固定端之间即可实现“360°旋转无接触传递信号”，从而更适于水下使用。
本发明的用于水下控制系统的电飞线具有以下优点：
1、依靠锁紧卡块弹性式机械锁紧，对接操作简便，效果优良。
2、整体结构紧凑、小巧，整体体积小，方便运输和水下作业，便于回收，可以应用于其他需要连接器的领域。
3、具有360°旋转无接触传递信号且可用于水下的优势。
附图说明
图1为本发明用于水下控制系统的电飞线的立体结构示意图。
图2为本发明用于水下控制系统的电飞线的立体结构示意图（其中一个锁紧卡块处于拆离状态）。
图3为本发明用于水下控制系统的电飞线的剖视图。
图4为本发明用于水下控制系统的电飞线的可移动端的剖视图。
图5为本发明用于水下控制系统的电飞线的固定端的剖视图。
图中标记为：
可移动端：
11可移动端用电缆，
12导向筒；
13把手；
14出线用凸起；
15导向孔；
固定端：
21固定端用电缆；
22导向销；
3安装壳体；
4端盖：41耦合线圈用安装室；
5锁紧卡块；
6锁紧台阶。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。其中，针对描述采用诸如上、下、左、右等说明性术语，目的在于帮助读者理解，而不旨在进行限制。
实施例一，如图1至图5所示：
一种用于水下控制系统的电飞线，包括能量与信号连接器，所述能量与信号连接器包括可移动端和固定端；
所述可移动端包括可移动端用安装基座、可移动端用耦合线圈和可移动端用电缆11，所述可移动端用耦合线圈密封固定安装在所述可移动端用安装基座上，所述可移动端用电缆11的一端与所述可移动端用耦合线圈密封电性相连，所述可移动端用电缆11的另一端位于所述可移动端用安装基座的外部并构成可移动端用电传输连接端；
所述固定端包括固定端用安装基座、固定端用耦合线圈和固定端用电缆21，所述固定端用耦合线圈密封固定安装在所述固定端用安装基座上，所述固定端用电缆21的一端与所述固定端用耦合线圈密封电性相连，所述固定端用电缆21的另一端位于所述固定端用安装基座外部并构成固定端用电传输连接端；
所述固定端用安装基座与所述可移动端用安装基座之间具有对接固定连接结构，且当所述固定端用安装基座与所述可移动端用安装基座对接固定相连时，所述固定端用耦合线圈与所述可移动端用耦合线圈相紧邻。
其中，所述固定端用安装基座和可移动端用安装基座均包括一个安装壳体3和一个端盖4，所述安装壳体3整体呈内部具有空腔的套筒状结构，该安装壳体3的一端为封闭端，另一端为密封固定连接有所述端盖4的开口端；所述端盖4处用于安装耦合线圈，所述安装壳体3的封闭端处贯穿设置有供电缆穿出的穿出孔。
实施时，电缆穿出的穿出孔处可通过灌封胶密封或采用密封套管密封。
实施时，端盖4与安装壳体3可采用螺纹旋接的连接结构，也可采用以下连接结构：所述端盖4的外侧端面四周设置有多个沉头孔，所述安装壳体3的开口端面上设置有与所述沉头孔一一对应的多个螺纹连接孔，所述端盖4和所述安装壳体3通过旋接在各个沉头孔和螺纹连接孔中的连接螺栓固定相连。
实施时，优选在空腔内固定安装有安装板（用于安装各种电子元器件的电路板）。
其中，所述端盖4的外侧端面内凹形成有一个耦合线圈用安装室41，所述耦合线圈用安装室41的底面贯穿设置有穿线孔；所述固定端用耦合线圈和所述可移动端用耦合线圈分别安装于对应的端盖4的耦合线圈用安装室41内，并经穿线孔与对应的电缆相连接；所述耦合线圈用安装室41通过灌封胶密封。
实施时，所述端盖4上位于空腔内的内侧端面凸起形成有凸台，所述凸台的周向侧面与安装壳体3内空腔的侧壁贴合相连。这样一来，不仅可通过凸台来增加端盖4的厚度，帮助在端盖4上加工更深的耦合线圈用安装室41来设置具有更多匝数的耦合线圈，从而可通过更多匝数的耦合线圈来获得更大的感应电动势（或感应磁场），提高电能或电信号的传输功率。
实施时，所述端盖4与所述安装壳体3之间相接触表面上设置有密封圈设置用沟槽和密封圈来实现密封。
实施时，优选在耦合线圈用安装室41内还安装有磁铁。这样，即可增加固定端用安装基座与所述可移动端用安装基座对接固定相连后的连接强度，提升对接相连的可靠性。
其中，所述可移动端为竖向置放且可移动端用安装基座的端盖4朝下；
所述可移动端还包括导向筒12，所述导向筒12套接固定在可移动端用安装基座的安装壳体3的外部，且所述导向筒12的下端位于所述安装壳体3的下方，所述导向筒12的下端的内侧面为由上向下开口逐渐增大的锥筒型导向面。
对应的，固定端用安装基座也为竖向固定安装，且固定端用安装基座（的安装壳体3）下端为固定，固定端用安装基座的端盖4位于安装壳体3的最上端。
其中，所述导向筒12的外侧固定安装有把手13。
实施时，优选在导向筒12上端外侧面固定有插接筒，且所述插接筒为在导向筒12的圆周方向均匀间隔设置的两个；所述把手13整体呈“冂”状结构，所述把手13的下端插接固定并通过螺栓固定在两个插接筒内。
其中，可移动端用安装基座的安装壳体3的上端面具有一个出线用凸起14，所述出线用凸起14的内部为与该安装壳体3的空腔连通的空心结构，且供电缆穿出的穿出孔设置于所述出线用凸起14的侧壁。
其中，用于水下控制系统的电飞线还包括供导向筒12导向限位用的导向限位结构，所述导向限位结构包括导向销22和导向孔15，所述导向销22凸起于固定端用安装基座的安装壳体3的外侧面，所述导向孔15为沿着所述导向筒12的高度方向延伸且沿径向贯穿所述导向筒12的下段侧壁的长条形，所述导向销22能够插入所述导向孔15内并与所述导向孔15的孔壁滑动配合相连。
其中，用于水下控制系统的电飞线还包括对接锁紧结构，所述对接锁紧结构包括锁紧卡块5和锁紧台阶6；
所述锁紧卡块5为由弹性材料制得的长条形块状结构，所述导向筒12的侧壁上竖向固定设置有所述锁紧卡块5，所述锁紧卡块5的上端为固定端，所述锁紧卡块5的下端的内侧面具有贯穿所述所述导向筒12的侧壁的限位凸起，所述限位凸起下侧面为导向斜面，所述导向斜面在导向筒12径向上的高度由上往下逐渐降低；
所述固定端用安装基座的上端外侧面外凸形成有所述锁紧台阶6，且当所述固定端用安装基座与所述可移动端用安装基座对接相连时，所述锁紧台阶6的下端面与所述锁紧卡块5下端的限位凸起的上端面相抵接并锁紧。
实施时，优选锁紧卡块5为在导向筒12的圆周方向均匀间隔设置的两个。
其中，所述导向筒12的侧壁上贯穿设置有供所述锁紧卡块5整体落入的安装孔，所述安装孔的上端处位于可移动端用安装基座的安装壳体3的侧壁高度方向的中部位置处，且该安装孔的上端处的可移动端用安装基座的安装壳体3的侧壁处设置有螺纹孔；
所述锁紧卡块5的上端贯穿设置有连接孔，所述锁紧卡块5的上端通过旋接在所述螺纹孔和连接孔内的螺栓实现固定。
在本实施例中：
固定端包括由端盖4和安装壳体3组成一个密闭空间将电路板和安装板与外界隔离，线圈和电缆处用灌封胶密封。
移动端包括由安装壳体3和端盖4组成一个密闭空间将电路板和安装板与外界隔离并可以在对接壳体内滑动，移动端还包括在周向两侧安装锁紧卡块5的导向筒12，线圈和电缆处用灌封胶密封。
固定端固定在使用设备（采油树）上，ROV持移动端的（ROV操作）把手13将移动端插入固定端后锁紧卡块5让移动端和固定端锁在一起且移动端，然后通电实现无接触信号通讯。
当需要撤离移动端时，只需ROV打开锁紧卡块5便可以取出移动端，高效快捷。
实施例二，图中未示出：
本实施例与实施例一不同之处在于：固定端用安装基座和可移动端用安装基座之间通过法兰连接边，且通过螺栓和螺母对接固定相连。
实施例三，图中未示出：
本实施例与实施例一不同之处在于：所述可移动端和固定端对接后无圆周向限制，且能够在圆周方向自由转动。这样，可移动端和固定端之间即可实现“360°旋转无接触传递信号”，从而更适于水下使用。
以上仅是上述两种实施例的优选的实施方式，需指出是，对于本领域技术人员在不脱离本技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，上述变形和改进的技术方案应同样视为落入本权利要求书要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种用于水下控制系统的电飞线，其特征在于：包括能量与信号连接器，所述能量与信号连接器包括可移动端和固定端；
所述可移动端包括可移动端用安装基座、可移动端用耦合线圈和可移动端用电缆，所述可移动端用耦合线圈密封固定安装在所述可移动端用安装基座上，所述可移动端用电缆的一端与所述可移动端用耦合线圈密封电性相连，所述可移动端用电缆的另一端位于所述可移动端用安装基座的外部并构成可移动端用电传输连接端；
所述固定端包括固定端用安装基座、固定端用耦合线圈和固定端用电缆，所述固定端用耦合线圈密封固定安装在所述固定端用安装基座上，所述固定端用电缆的一端与所述固定端用耦合线圈密封电性相连，所述固定端用电缆的另一端位于所述固定端用安装基座外部并构成固定端用电传输连接端；
所述固定端用安装基座与所述可移动端用安装基座之间具有对接固定连接结构，且当所述固定端用安装基座与所述可移动端用安装基座对接固定相连时，所述固定端用耦合线圈与所述可移动端用耦合线圈相紧邻；
所述固定端用安装基座和可移动端用安装基座均包括一个安装壳体和一个端盖，所述安装壳体整体呈内部具有空腔的套筒状结构，该安装壳体的一端为封闭端，另一端为密封固定连接有所述端盖的开口端；所述端盖处用于安装耦合线圈，所述安装壳体的封闭端处贯穿设置有供电缆穿出的穿出孔；
所述端盖的外侧端面内凹形成有一个耦合线圈用安装室，所述耦合线圈用安装室的底面贯穿设置有穿线孔；所述固定端用耦合线圈和所述可移动端用耦合线圈分别安装于对应的端盖的耦合线圈用安装室内，并经穿线孔与对应的电缆相连接；所述耦合线圈用安装室通过灌封胶密封；
所述可移动端为竖向置放且可移动端用安装基座的端盖朝下；
所述可移动端还包括导向筒，所述导向筒套接固定在可移动端用安装基座的安装壳体的外部，且所述导向筒的下端位于所述安装壳体的下方，所述导向筒的下端的内侧面为由上向下开口逐渐增大的锥筒型导向面。
2.根据权利要求1所述的用于水下控制系统的电飞线，其特征在于：所述导向筒的外侧固定安装有把手。
3.根据权利要求1所述的用于水下控制系统的电飞线，其特征在于：可移动端用安装基座的安装壳体的上端面具有一个出线用凸起，所述出线用凸起的内部为与该安装壳体的空腔连通的空心结构，且供电缆穿出的穿出孔设置于所述出线用凸起的侧壁。
4.根据权利要求1所述的用于水下控制系统的电飞线，其特征在于：还包括供导向筒导向限位用的导向限位结构，所述导向限位结构包括导向销和导向孔，所述导向销凸起于固定端用安装基座的安装壳体的外侧面，所述导向孔为沿着所述导向筒的高度方向延伸且沿径向贯穿所述导向筒的下段侧壁的长条形，所述导向销能够插入所述导向孔内并与所述导向孔的孔壁滑动配合相连。
5.根据权利要求1所述的用于水下控制系统的电飞线，其特征在于：还包括对接锁紧结构，所述对接锁紧结构包括锁紧卡块和锁紧台阶；
所述锁紧卡块为由弹性材料制得的长条形块状结构，所述导向筒的侧壁上竖向固定设置有所述锁紧卡块，所述锁紧卡块的上端为固定端，所述锁紧卡块的下端的内侧面具有贯穿所述所述导向筒的侧壁的限位凸起，所述限位凸起下侧面为导向斜面，所述导向斜面在导向筒径向上的高度由上往下逐渐降低；
所述固定端用安装基座的上端外侧面外凸形成有所述锁紧台阶，且当所述固定端用安装基座与所述可移动端用安装基座对接相连时，所述锁紧台阶的下端面与所述锁紧卡块下端的限位凸起的上端面相抵接并锁紧。
6.根据权利要求5所述的用于水下控制系统的电飞线，其特征在于：所述导向筒的侧壁上贯穿设置有供所述锁紧卡块整体落入的安装孔，所述安装孔的上端处位于可移动端用安装基座的安装壳体的侧壁高度方向的中部位置处，且该安装孔的上端处的可移动端用安装基座的安装壳体的侧壁处设置有螺纹孔；
所述锁紧卡块的上端贯穿设置有连接孔，所述锁紧卡块的上端通过旋接在所述螺纹孔和连接孔内的螺栓实现固定。
7.根据权利要求1所述的用于水下控制系统的电飞线，其特征在于：所述可移动端和固定端对接后无圆周向限制，且能够在圆周方向自由转动。
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