CN108468889A - 水下油气输送管道液缸外推式连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水下油气输送管道液缸外推式连接装置，应用于水下管道两管段间的连接。该液缸外推式连接装置采用梯形密封圈和锥形密封圈组成的金属密封技术，并结合花键槽式导移器、花键滑轨式轴推连接器、盘叠式外推基座以及液缸外推系统提供的外推动力，实施水下液缸外推连接管道作业；对接捕捉器完成连接装置与水下管道的快速捕捉，导移器依据导移筒与轴推滑轨间的移动副而带动对接捕捉器沿轴向进行滑移，封堵器依据封堵盘和封堵轴套轴向挤压锥形密封圈而形成金属密封，轴推连接器实现水下管道两管段间的跨接并提供轴向外推时的花键滑轨，外推基座作为轴向外推时的支撑点并实现液缸外推系统的径向支撑。

Description

水下油气输送管道液缸外推式连接装置

技术领域

本发明涉及一种水下油气输送领域管道连接装置，特别是涉及一种水下油气输送管道两管段之间连接时用的液缸外推式连接装置。

背景技术

水下油气开采装备中，水下油气输送管道是非常重要的输送设备，一方面海上油气田不断调整改造水下油气输送管道，以满足水下油气产出液的外输需求，同时海上周边油气田依托现有水下设施开发时，也需要扩大水下油气输送管道的铺设规模，水下管道连接技术及其连接装备广泛应用于深水油气田开发和水下管道损伤修复等工程实践。

水下油气输送管道连接器通常有法兰式水下管道连接器、卡箍式水下管道连接器和卡爪式水下管道连接器。其中，法兰式水下管道连接器通常用于陆上油气井产出液输送管道的连接，应用于水下油气输送管道时，需要连接机具的安装工具与水下管道法兰接头间具有较好的对中性，同时水下油气输送管道连接作业的施工过程中需要配套专门的作业机具，而且该水下管道连接器需要高同步性的液压系统提供驱动力，安装工时较长而无法实现真正意义上的水下快速连接。卡箍式水下管道连接器的特点是管道连接装备结构简单且总体尺寸小，水下连接施工中拆装方便，然而其缺点是难以实现水下油气输送管道的自动对中和连接，同时其安装精度也相对较低。卡爪式水下管道连接器由于其结构上不采用法兰接头而被称之为“非标准法兰”，其自身具有一定的对准功能，卡爪式水下管道连接技术以Cameron、FMC Corporation、Oil States等国外公司的产品比较具有代表性，卡爪式水下管道连接器的特点是水下油气输送管道连接作业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，且目前卡爪式管道连接技术发展仍不完善。此外，国内的深水油气输送管道连接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

为了有效解决水下油气输送管道的连接问题并克服现有水下管道连接技术及其连接器存在的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种适合水下油气输送管道两管段连接用的液缸外推式连接装置。该液缸外推式连接装置采用梯形密封圈和锥形密封圈组成的金属密封技术，并结合花键槽式导移器、花键滑轨式轴推连接器、盘叠式外推基座以及液缸外推系统提供的外推动力，实施水下液缸外推连接管道作业，实现水下油气输送管道两管段间的连接。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种水下油气输送管道液缸外推式连接装置，主要由对接捕捉器、导移器、封堵器、轴推连接器、外推基座和和液缸外推系统几部分组成。该液缸外推式连接装置整体设计为轴向全对称式构造，其对接捕捉器、导移器、封堵器、轴推连接器和外推基座的主体部件材质均选用超级双向不锈钢，对接捕捉器、导移器、封堵器和液缸外推系统采用分体式结构，而轴推连接器和外推基座则采用单体式结构，两套对接捕捉器、导移器和封堵器沿轴向依次同轴心放置并对称布置于轴推连接器的两侧，轴推连接器和外推基座沿径向依次同轴心布置，同时两套独立的液缸外推系统沿周向均布于外推基座的外环面，水下管道的预制管端沿轴向由管端至内依次设置预制锥切面和预制环切面。

对接捕捉器采用厚壁筒体，实现液缸外推式连接装置与水下管道的快速捕捉，并结合导移器夹紧梯形密封圈和外六角形密封圈而组成双重金属密封，完成对接捕捉器与水下管道以及对接捕捉器与导移器间的连接与密封，它包括捕捉筒、梯形密封圈和外六角形密封圈。梯形密封圈和外六角形密封圈沿径向由内而外同轴心布置且其内部设有均匀分布的金属丝，梯形密封圈的横截面呈等腰梯形，其外层包裹与水下管道相同材质的金属壳，而外六角形密封圈的横截面则呈六边形，其外层包裹超级双向不锈钢材质的金属壳。

捕捉筒沿轴向的内侧设置法兰盘，捕捉筒法兰盘的外缘沿周向均布有螺栓孔且其内设有对接螺栓，实现对接捕捉器与导移器间的连接，同时捕捉筒法兰盘的内侧端面铣有环形沟槽，捕捉筒环形沟槽的横截面呈等腰梯形。捕捉筒的环腔内壁沿轴向由外至内依次设置锥状捕捉面、柱状滑移面和锥状环沟，捕捉筒锥状捕捉面和锥状环沟所在锥面的小端圆面直径以及柱状滑移面所在圆柱面的直径均等于水下管道预制环切面的外径，且捕捉筒的柱状滑移面与水下管道的预制环切面之间精密配合而构成移动副，同时捕捉筒锥状捕捉面所在锥面的锥度等于水下管道端部预制锥切面的锥度，以实现捕捉筒与水下管道间的快速对接，捕捉筒锥状环沟的横截面呈直角梯形，捕捉筒的锥状环沟与导移器的锥状环沟沿轴向对称布置所形成的环形空腔内配置梯形密封圈。

导移器采用花键槽式筒体，依据导移筒与轴推连接器上花键滑轨间的移动副而带动对接捕捉器沿轴向进行滑移，并结合封堵器夹紧内六角形密封圈而组成双重金属密封，完成导移器与封堵器间的连接与密封，它包括导移筒、导移支座、挤压衬套和内六角形密封圈，导移支座沿周向均匀焊接于导移筒法兰盘的外环面上。

导移筒和捕捉筒的外环面直径相同，导移筒沿轴向的外侧设置与捕捉筒相同规格的法兰盘，且导移筒法兰盘的外侧端面铣有与捕捉筒环形沟槽相同规格的环形沟槽，导移筒的环形沟槽与捕捉筒的环形沟槽沿轴向对称布置所形成的环形空腔内配置外六角形密封圈，外六角形密封圈采用单层分布。导移筒的内侧端面铣有环形凹槽，导移筒内侧端面的环形凹槽采用双层同轴心布置的形式，且导移筒双层环形凹槽的横截面均呈等腰梯形，导移筒的环形凹槽与封堵器的环形凹槽沿轴向对称布置所形成的双层环形空腔内分别配置内六角形密封圈，内六角形密封圈采用双层分布且其横截面呈六边形。

导移筒的环腔内壁沿轴向由外至内依次设置锥状环沟、柱状卡翅、花键槽式导移孔和柱状环沟，导移筒的锥状环沟和捕捉筒的锥状环沟与水下管道的预制环切面为梯形密封圈的密封接触部位，且导移筒锥状环沟沿径向的环沟顶面所在的柱面与捕捉筒锥状环沟的环沟顶面所在的柱面保持重合，导移筒锥状环沟的环沟侧面所在锥面的锥度等于捕捉筒锥状环沟的环沟侧面所在锥面的锥度，导移筒锥状环沟的沟底设有柱状卡翅。导移筒的柱状卡翅采用薄壁筒体而实现梯形密封圈的径向定位，导移筒柱状卡翅外环面所在圆柱面的直径等于水下管道预制环切面的外径。导移筒的花键槽式导移孔与轴推连接器的轴推滑轨相配合，花键槽式导移孔的环腔内壁采用圆柱面并铣有花键槽，导移筒的花键槽采用六个沿周向均布的矩形键槽，各矩形键槽沿轴向放置且均与导移筒的轴线相平行，同时矩形键槽的两侧槽面均采用平面且相互间保持平行，而矩形键槽的槽顶面均采用圆拱面并位于同一圆柱面上，且导移筒花键槽式导移孔的轴向长度大于液缸外推系统液压缸的推程。导移筒的柱状环沟内配置挤压衬套，且导移筒的柱状环沟与花键槽式导移孔截面变化结合处实现挤压衬套的轴向定位。

挤压衬套采用薄壁筒体，挤压衬套的外环面与导移筒柱状环沟的环腔内壁之间采用间隙配合，而挤压衬套的环腔内壁采用锥状深沟槽，挤压衬套的锥状深沟槽内配置锥形密封圈，锥状深沟槽所在锥面小端圆面的直径等于导移筒花键槽式导移孔环腔内壁的直径。

封堵器依据封堵盘和封堵轴套轴向挤压锥形密封圈而形成金属密封，实现封堵器与轴推连接器间的密封，它包括封堵盘、封堵轴套和锥形密封圈。锥形密封圈的横截面呈楔形，锥形密封圈的内部设有均匀分布的金属丝，而其外层则包裹超级双向不锈钢材质的金属壳。

封堵盘采用圆盘体，封堵盘和导移筒的外环面直径相同，封堵盘的外侧端面上铣有与导移筒环形凹槽相同规格的双层布置环形凹槽，封堵盘环形凹槽的层间钻有沿周向均布的螺柱孔，并通过封堵螺柱实现封堵器与导移器之间的连接。封堵盘的环腔内壁采用锥状卡环面，封堵盘的锥状卡环面中部设有锥面而其两侧则布置柱面，锥状卡环面中部锥面的大端圆面直径等于其外侧柱面的直径且均大于导移筒柱状环沟环腔内壁的直径。

封堵轴套采用长筒体，封堵轴套的环腔内壁与轴推体的外环面之间精密配合且封堵轴套的外环面与导移筒的柱状环沟之间精密配合而构成双移动副，封堵轴套外环面的外侧设有沿轴向等间距分层布置的环形油沟，封堵轴套的环形油沟内充满润滑脂，同时封堵轴套外环面的内侧设有锥状卡箍，封堵轴套的锥状卡箍与封堵盘的锥状卡环面相配合，而实现封堵轴套的轴向定位，封堵轴套锥状卡箍内侧柱面的直径等于封堵盘锥状卡环面中部锥面的小端圆面直径和锥状卡环面内侧柱面的直径。由此，通过拧紧堵漏螺柱并经由封堵盘而推动封堵轴套沿着轴推体的外环面进行轴向滑移，封堵轴套和挤压衬套挤压锥形密封圈并产生变形，而在封堵器与轴推连接器之间形成金属密封。

轴推连接器采用管体，实现水下管道两管段间的跨接，并为对接捕捉器和导移器提供轴向外推时的花键滑轨，它包括轴推体、连接管和轴推滑轨。

轴推体和连接管采用长直管体，而轴推滑轨则采用短直管体，连接管、轴推体和轴推滑轨沿轴向由内而外依次同轴心布置且两套轴推体和轴推滑轨对称布置于连接管的两侧端。轴推体的外环面沿轴向由外至内依次设有密封性管螺纹、轴推滑道和轴推接箍，轴推体轴推滑道的外径等于轴推体轴推接箍两侧柱面的直径并大于轴推体密封性管螺纹的大径，且轴推体轴推滑道的轴向长度大于液缸外推系统液压缸的推程与导移筒的轴向长度和封堵盘的厚度之和。连接管环腔内壁的两侧设有柱状接环并分别与轴推体的轴推接箍相配合，且连接管的柱状接环与轴推体的轴推接箍端面结合处实施圆周焊而完成连接管与轴推体间的连接，轴推体与连接管的环腔内壁直径相等，同时轴推体的轴推接箍外径等于连接管的外环面直径。

轴推滑轨的环腔内壁通过螺纹连接于轴推体的外侧，且轴推滑轨沿轴向的外侧端面与轴推体的外侧端面相平齐，轴推滑轨的外环面采用柱面，且轴推滑轨外环面所在柱面的直径等于导移筒花键槽式导移孔的孔径。轴推滑轨的外环面上设有花键齿，轴推滑轨的花键齿采用六个沿周向均布的矩形键齿，各矩形键齿沿轴向放置且其两侧齿面均采用平面，轴推滑轨矩形键齿的两侧齿面分别与导移筒花键槽式导移孔的两侧槽面之间精密配合而构成移动副，并为对接捕捉器和导移器提供轴向外推时的花键滑轨，各矩形键齿的齿顶面采用圆拱面并位于同一圆柱面上，且各矩形键齿的齿顶面所在圆柱面的直径小于导移筒矩形键槽的槽顶面所在圆柱面的直径。同时，轴推滑轨的花键齿沿轴向等间距分层布置，且轴推滑轨的花键齿层间构成拱形沟槽，其内填充润滑脂而减小轴推滑轨与导移筒之间滑移时的磨损。

外推基座采用盘叠式盘体和剖分式筒体相结合的构造，作为液缸外推系统液压缸轴向外推时的支撑点，并实现液缸外推系统的径向支撑，它包括外推筒、外推盘座、外推支座、外推支撑盘和外推支托。

外推筒采用厚壁筒体，外推筒的环腔内壁直径等于轴推体和连接管的外环面直径，外推筒的轴向长度小于轴推体的轴推接箍和连接管的轴向长度之和。外推筒包含上推筒和下推筒两部分，上推筒和下推筒的两侧均设有锥状圆台，上推筒和下推筒的锥状圆台沿轴向分组布置且沿外推筒的剖分面对称分布，上推筒和下推筒的锥状圆台中央部位钻有外推螺孔且其内配置外推螺柱从而通过上推筒和下推筒将外推基座夹紧于轴推体和连接管的外环面。

外推盘座和外推支撑盘沿轴向由内而外呈盘叠式布置于外推筒的两侧，外推盘座和外推支撑盘的厚度均等于导移筒法兰盘的厚度。

外推支托沿周向均匀焊接于外推支撑盘的外环面，外推支托的数量和位置与外推支座相对应，一组外推支托位于外推筒的正上方，另外两组外推支托则位于外推筒的中下部。每个外推支托由上卡套、下卡套和卡套座组合而成，外推支托的上卡套和下卡套两侧设有相同规格的卡板，上卡套和下卡套的卡板中部钻有卡套螺孔并配置卡套螺栓，从而将外推支托套于液缸外推系统液压缸缸筒的中部。上卡套和下卡套沿轴向的外侧端面上设置锥形凸台，且上卡套和下卡套的下部通过卡套座而接于外推支撑盘，同时上卡套和下卡套的中央部位设有支撑孔，上卡套和下卡套的支撑孔轴线与外推支座和导移支座的轴线处于同一平面内且该平面与外推基座的中心线保持平行。

外推支座沿周向均匀焊接于外推盘座的外环面，外推支座与导移器中导移支座的数量和规格相同并沿轴向对称布置，每个外推支座和导移支座均由矩形钢块加工而成，且外推支座和导移支座的厚度等于外推盘座的厚度。外推支座和导移支座沿径向的外侧均设有U形座沟，外推支座U形座沟的两侧沟壁钻有同轴心布置的外推销孔并配置外推销轴而实现外推支座与液缸外推系统液压缸缸筒的铰接，导移支座U形座沟的两侧沟壁钻有同轴心布置的导移销孔并配置导移销轴而实现导移支座与液缸外推系统液压缸活塞杆的铰接，外推销轴和导移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。

两套独立的液缸外推系统为对接捕捉器和导移器自动轴向外推时提供动力，每套液缸外推系统采用沿导移器和外推基座周向均布的三个型号相同的独立液压缸，各液压缸均顺延轴向布置，并通过外推支座和导移支座将导移器与外推基座连为一体，从而完成对接捕捉器和导移器的轴向外推。各液压缸的液压油均通过多路换向阀统一供给和分配，并经各液压缸上进液压油管的通油而完成液缸外推系统的自动同步轴向外推。

水下液缸外推连接管道作业中，依据液缸外推系统提供的推进动力，并结合轴推滑轨花键齿和导移筒花键槽式导移孔之间的花键滑轨以及捕捉筒的柱状滑移面与水下管道预制环切面之间的移动副，轴推连接器两侧的对接捕捉器和导移器自动同步轴向外推，直至捕捉筒的环腔内壁与水下管道预制管端紧密贴合为止，而后拧紧对接螺栓并依靠导移筒和捕捉筒所传递的夹紧力，梯形密封圈和外六角形密封圈产生变形而完成对接捕捉器与水下管道以及对接捕捉器与导移器间的两级金属密封，最后拧紧堵漏螺柱且经由封堵盘压紧内六角形密封圈以及封堵轴套和挤压衬套挤压锥形密封圈并产生变形，而完成封堵器与导移器以及封堵器与轴推连接器间的多重金属密封。

本发明所能达到的技术效果是，该液缸外推式连接装置采用梯形密封圈和锥形密封圈组成的金属密封技术，并结合花键槽式导移器、花键滑轨式轴推连接器、盘叠式外推基座以及液缸外推系统提供的外推动力，实施水下液缸外推连接管道作业，完成水下油气输送管道两管段间的连接；对接捕捉器采用厚壁筒体实现液缸外推式连接装置与水下管道的快速捕捉，导移器采用花键槽式筒体，依据导移筒与轴推连接器上花键滑轨间的移动副而带动对接捕捉器沿轴向进行滑移，封堵器依据封堵盘和封堵轴套轴向挤压锥形密封圈而形成金属密封，轴推连接器采用管体，实现水下管道两管段间的跨接，并为对接捕捉器和导移器提供轴向外推时的花键滑轨；外推基座采用盘叠式盘体和剖分式筒体相结合的构造，作为液缸外推系统液压缸轴向外推时的支撑点，并实现液缸外推系统的径向支撑，两套独立的液缸外推系统为对接捕捉器和导移器自动轴向外推时提供动力。

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水下油气输送管道液缸外推式连接装置的典型结构简图。

图2是图1的A—A剖视图。

图3是水下油气输送管道液缸外推式连接装置中对接捕捉器的结构简图。

图4是水下油气输送管道液缸外推式连接装置中导移器的结构简图。

图5是图4的左视图。

图6是水下油气输送管道液缸外推式连接装置中封堵器的结构简图。

图7是水下油气输送管道液缸外推式连接装置中轴推连接器的结构简图。

图8是图7的B—B剖视图。

图9是水下油气输送管道液缸外推式连接装置中外推基座和液缸外推系统的结构简图。

图10是图9的C—C剖视图。

图11是水下油气输送管道液缸外推式连接装置的水下液缸外推连接管道作业流程简图。

图中1－对接捕捉器，2－导移器，3－液缸外推系统，4－封堵器，5－轴推连接器，6－外推基座，7－水下管道，8－梯形密封圈，9－外六角形密封圈，10－捕捉筒，11－导移销轴，12－导移支座，13－导移筒，14－内六角形密封圈，15－挤压衬套，16－锥形密封圈，17－封堵轴套，18－封堵盘，19－轴推滑轨，20－轴推体，21－连接管，22－活塞杆，23－缸筒，24－外推支托，25－外推销轴，26－外推支座，27－外推盘座，28－外推筒，29－外推支撑盘。

具体实施方式

在图1和图2中，水下油气输送管道液缸外推式连接装置由对接捕捉器1、导移器2、液缸外推系统3、封堵器4、轴推连接器5和外推基座6组成。该液缸外推式连接装置采用对接捕捉器1的梯形密封圈和封堵器4的锥形密封圈组成的金属密封技术，并结合花键槽式导移器2、花键滑轨式轴推连接器5、盘叠式外推基座6以及两套独立液缸外推系统3提供的外推动力，实施水下液缸外推连接管道作业，完成水下管道7两管段之间的连接。

在图1和图2中，水下油气输送管道液缸外推式连接装置的两套对接捕捉器1、导移器2和封堵器4沿轴向依次同轴心放置并对称布置于轴推连接器5的两侧，轴推连接器5和外推基座6沿径向依次同轴心布置，同时两套独立的液缸外推系统3沿周向均布于外推基座6的外环面。

在图1和图2中，水下油气输送管道液缸外推式连接装置组装前，对接捕捉器1的捕捉筒、导移器2的导移筒、封堵器4的封堵盘、轴推连接器5的轴推体和连接管以及外推基座6外推筒的外表面分别进行喷漆防腐处理，轴推连接器5的轴推滑轨置入导移器2的导移筒内，应灵活移动且无阻滞，封堵器4的封堵轴套套于轴推连接器5轴推体的外环面，应灵活滑动和转动且无阻滞，并保持对接捕捉器1的捕捉筒、轴推连接器5的轴推体和连接管以及外推基座6外推筒环腔内壁的清洁，最后检查对接捕捉器1的梯形密封圈和外六角形密封圈、导移器2的内六角形密封圈以及封堵器4的锥形密封圈有无损伤，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，水下油气输送管道液缸外推式连接装置组装时，首先外推基座6的外推筒通过锥状圆台和外推螺柱夹紧于轴推连接器5的轴推体和连接管外环面，而后液缸外推系统3的液压缸通过外推基座6的外推盘座和外推支撑盘以及导移器2的导移支座将导移器2和外推基座6铰接在一起，接着导移器2的导移筒与轴推连接器5的轴推滑轨之间精密配合，且导移器2导移筒的内侧通过封堵螺柱实现导移器2与封堵器4之间的连接，同时导移器2导移筒的外侧通过对接螺栓实现导移器2与对接捕捉器1之间的连接。

在图1和图2中，水下油气输送管道液缸外推式连接装置的规格与水下管道7的管径和两管段之间的轴向间距保持一致，该液缸外推式连接装置采用对接捕捉器1的梯形密封圈和外六角形密封圈组成双重金属密封，完成对接捕捉器1与水下管道7以及对接捕捉器1与导移器2之间的连接与密封，并依据导移器2的内六角形密封圈组成双重金属密封，完成导移器2与封堵器4之间的连接与密封，同时通过封堵器4的锥形密封圈形成金属密封，实现封堵器4与轴推连接器5之间的密封。

在图3中，对接捕捉器1中捕捉筒10的环腔内壁与水下管道7两管段的预制管端保持一致，梯形密封圈8依据水下管道7内所输送油气介质的物性和最大流压等因素进行选型，外六角形密封圈9则依据水下管道7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，捕捉筒10上的对接螺栓强度依据梯形密封圈8和外六角形密封圈9形成金属密封所需最大轴向夹紧力的合力进行设计。

在图3中，对接捕捉器1的捕捉筒10通过对接螺栓接于导移器2导移筒的外侧端，捕捉筒10的柱状滑移面与水下管道7的预制环切面之间构成移动副，同时捕捉筒10的锥状捕捉面与水下管道7端部的预制锥切面相配合，梯形密封圈8和外六角形密封圈9依靠捕捉筒10和导移器2导移筒所传递的轴向夹紧力产生变形而形成双重金属密封。

在图4和图5中，导移器2中导移筒13的外环面与对接捕捉器1中捕捉筒10的外环面相一致，导移筒13的环腔内壁分别与轴推连接器5的轴推滑轨以及封堵器4的封堵轴套相对应，内六角形密封圈14沿径向的外层密封圈依据水下管道7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，内六角形密封圈14沿径向的内层密封圈则依据水下管道7内所输送油气介质的物性和最大流压等因素进行选型。

在图4和图5中，导移器2的导移筒13通过导移销轴11和导移支座12与液缸外推系统3的液压缸相连接，导移筒13环腔内壁的锥状环沟和捕捉筒10的锥状环沟与水下管道7的预制环切面为梯形密封圈8的密封接触部位，导移筒13环腔内壁的花键槽式导移孔与轴推连接器5的轴推滑轨相配合，且导移筒13花键槽式导移孔的轴向长度设计需要考虑液缸外推系统3液压缸的最大推程，导移筒13环腔内壁的柱状环沟内配置挤压衬套15，同时挤压衬套15的锥状深沟槽内配置封堵器4的锥形密封圈。

在图6中，封堵器4中封堵轴套17和封堵盘18的规格尺寸随导移器2中的导移筒13进行调整，锥形密封圈16依据水下管道7内所输送油气介质的物性和最大流压等因素进行选型，封堵盘18上的封堵螺柱强度则依据锥形密封圈16和导移器2的内六角形密封圈14形成金属密封所需最大轴向夹紧力的合力进行设计。

在图6中，封堵器4中的封堵轴套17与轴推连接器5的轴推体和导移器2的导移筒13之间同时配合而构成双移动副，导移器2的内六角形密封圈14依靠导移筒13和封堵盘18所传递的轴向夹紧力产生变形，同时锥形密封圈16依靠挤压衬套15和封堵轴套17所传递的轴向夹紧力产生变形而形成多重金属密封。

在图7和图8中，轴推连接器5中轴推体20和连接管21的轴径与水下管道7的管径保持一致，且轴推体20和连接管21的轴向长度之和随水下管道7两管段之间的轴向间距进行调整，同时轴推体20外环面上轴推滑道的轴向长度设计需要考虑液缸外推系统3液压缸的最大推程与导移器2中导移筒13的轴向长度和封堵器4中封堵盘18的厚度之和，轴推滑轨19为对接捕捉器1和导移器2提供轴向外推时的花键滑轨。

在图7和图8中，轴推连接器5中轴推滑轨19的花键齿与导移筒13的花键槽式导移孔之间构成移动副，连接管21两侧的柱状接环分别与轴推体20的轴推接箍相配合，且轴推体20和连接管21端面结合处通过实施圆周焊而完成连接。

在图9和图10中，外推基座6的外推支托24依据缸筒23进行设计，外推支托24和外推支座26与导移器2中导移支座12的数量和位置相对应，外推筒28的环腔内壁直径随轴推体20和连接管21的轴径进行调整，液缸外推系统3液压缸的型号选取需要考虑捕捉筒10与水下管道7预制环切面间的最大摩擦力、导移筒13与轴推滑轨19间的最大摩擦力以及挤压衬套15和封堵轴套17与轴推体20间的最大摩擦力之和。

在图9和图10中，液缸外推系统3的活塞杆22通过导移支座12与导移筒13相连，缸筒23的端部通过外推销轴25和外推支座26与外推盘座27相连，同时缸筒23的中部经由外推支托24接于外推支撑盘29，外推筒28的上推筒和下推筒通过锥状圆台和外推螺柱夹紧于轴推体20和连接管21的外环面，由此外推基座6为液缸外推系统3液压缸提供轴向外推时的支撑点。

在图11中，水下液缸外推连接管道作业流程为，液缸外推系统3的多路换向阀为其各独立液压缸统一供给和分配液压油，同时缸筒23上的进液压油管进行通油，由此活塞杆22提供推进动力并依次经由导移销轴11和导移支座12而传递至导移筒13，与此同时结合轴推滑轨19花键齿和导移筒13花键槽式导移孔之间的花键滑轨以及捕捉筒10的柱状滑移面与水下管道7预制环切面之间的移动副，轴推连接器5两侧的对接捕捉器1和导移器2自动同步轴向外推，直至捕捉筒10的环腔内壁与水下管道7的预制管端紧密贴合为止，而且梯形密封圈8与导移筒13的锥状环沟和捕捉筒10的锥状环沟以及水下管道7的预制环切面同时进入初始接触状态；然后，缸筒23上的进液压油管停止通油并维持缸筒23内现有液压油的油压，以保持对接捕捉器1和导移器2与水下管道7之间处于对接状态，而后利用水下机器人拧紧各对接螺栓，且梯形密封圈8和外六角形密封圈9依靠捕捉筒10和导移筒13所传递的轴向夹紧力产生变形而完成捕捉筒10与水下管道7预制管端以及捕捉筒10与导移筒13之间的双重金属密封；最后，利用水下机器人拧紧各堵漏螺柱，且内六角形密封圈14依靠导移筒13和封堵盘18所传递的轴向夹紧力产生变形而完成导移器2与封堵器4之间的双重金属密封，同时锥形密封圈16依靠挤压衬套15和封堵轴套17所传递的轴向夹紧力产生变形而完成封堵器4与轴推连接器5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 (9)

1.一种水下油气输送管道液缸外推式连接装置，两套对接捕捉器、导移器和封堵器沿轴向依次同轴心放置并对称布置于轴推连接器的两侧，轴推连接器和外推基座沿径向依次同轴心布置，两套独立的液缸外推系统沿周向均布于外推基座的外环面，水下管道的预制管端沿轴向由管端至内依次设置预制锥切面和预制环切面；该液缸外推式连接装置采用梯形密封圈和锥形密封圈组成的金属密封技术，并结合花键槽式导移器、花键滑轨式轴推连接器、盘叠式外推基座及液缸外推系统提供的动力，实施水下液缸外推连接管道作业，其特征在于：

一对接捕捉器；所述对接捕捉器采用厚壁筒体，它包括捕捉筒、梯形密封圈和外六角形密封圈，捕捉筒沿轴向的内侧设置法兰盘，捕捉筒法兰盘的内侧端面铣有环形沟槽，捕捉筒的环腔内壁沿轴向由外至内依次设置锥状捕捉面、柱状滑移面和锥状环沟，捕捉筒的锥状环沟与导移器的锥状环沟沿轴向对称布置所形成的环形空腔内配置梯形密封圈；

一导移器；所述导移器采用花键槽式筒体，其导移支座沿周向均匀焊接于导移筒法兰盘的外环面，导移筒的环形沟槽与捕捉筒的环形沟槽沿轴向对称布置所形成的环形空腔内配置外六角形密封圈，导移筒的内侧端面铣有环形凹槽，导移筒的环形凹槽与封堵器的环形凹槽沿轴向对称布置所形成的双层环形空腔内分别配置内六角形密封圈；导移筒的环腔内壁沿轴向由外至内依次设置锥状环沟、柱状卡翅、花键槽式导移孔和柱状环沟，导移筒锥状环沟的沟底设有柱状卡翅，导移筒的柱状卡翅采用薄壁筒体，导移筒的花键槽式导移孔与轴推连接器的轴推滑轨相配合，花键槽式导移孔的环腔内壁采用圆柱面并铣有花键槽，导移筒的花键槽采用六个沿周向均布的矩形键槽，导移筒的柱状环沟内配置挤压衬套，挤压衬套采用薄壁筒体，且其环腔内壁采用锥状深沟槽，挤压衬套的锥状深沟槽内配置锥形密封圈；

一封堵器；所述封堵器依据封堵盘和封堵轴套轴向挤压锥形密封圈而形成金属密封，封堵盘采用圆盘体，封堵盘的环腔内壁采用锥状卡环面，封堵轴套采用长筒体，封堵轴套外环面的外侧设有沿轴向等间距分层布置的环形油沟，同时封堵轴套外环面的内侧设有锥状卡箍，封堵轴套的锥状卡箍与封堵盘的锥状卡环面相配合；

一轴推连接器；所述轴推连接器采用管体，轴推体和连接管采用长直管体，轴推滑轨采用短直管体，连接管、轴推体和轴推滑轨沿轴向由内而外依次同轴心布置，轴推体的外环面沿轴向由外至内依次设有密封性管螺纹、轴推滑道和轴推接箍，连接管环腔内壁的两侧设有柱状接环并分别与轴推体的轴推接箍相配合；轴推滑轨的外环面采用柱面，且轴推滑轨的外环面上设有花键齿，轴推滑轨的花键齿采用六个沿周向均布的矩形键齿，轴推滑轨矩形键齿的两侧齿面分别与导移筒花键槽式导移孔的两侧槽面之间精密配合而构成移动副，并为对接捕捉器和导移器提供轴向外推时的花键滑轨，轴推滑轨的花键齿沿轴向等间距分层布置；

一外推基座；所述外推基座采用盘叠式盘体和剖分式筒体相结合的构造，外推筒采用厚壁筒体，外推筒包含上推筒和下推筒两部分，上推筒和下推筒的两侧均设有锥状圆台，外推盘座和外推支撑盘沿轴向由内而外呈盘叠式布置于外推筒的两侧；外推支托沿周向均匀焊接于外推支撑盘的外环面，每个外推支托由上卡套、下卡套和卡套座组合而成，外推支托的上卡套和下卡套两侧设有相同规格的卡板，上卡套和下卡套沿轴向的外侧端面上设置锥形凸台，且上卡套和下卡套的下部通过卡套座而接于外推支撑盘；外推支座沿周向均匀焊接于外推盘座的外环面，外推支座和导移支座沿径向的外侧均设有U形座沟；

一液缸外推系统；两套独立的所述液缸外推系统为对接捕捉器和导移器自动轴向外推时提供动力，每套液缸外推系统采用沿导移器和外推基座周向均布的三个型号相同的液压缸。

2.根据权利要求1所述的水下油气输送管道液缸外推式连接装置，其特征在于：所述水下油气输送管道液缸外推式连接装置整体设计为轴向全对称式构造，其对接捕捉器、导移器、封堵器和液缸外推系统采用分体式结构，而轴推连接器和外推基座则采用单体式结构；

所述对接捕捉器的梯形密封圈和外六角形密封圈沿径向由内而外同轴心布置，梯形密封圈的横截面呈等腰梯形，外六角形密封圈采用单层分布，导移器的内六角形密封圈采用双层分布，且外六角形密封圈和内六角形密封圈的横截面均呈六边形，而封堵器中锥形密封圈的横截面则呈楔形。

3.根据权利要求1所述的水下油气输送管道液缸外推式连接装置，其特征在于：所述对接捕捉器结合导移器夹紧梯形密封圈和外六角形密封圈而组成双重金属密封，捕捉筒环形沟槽的横截面呈等腰梯形，捕捉筒锥状捕捉面和锥状环沟所在锥面的小端圆面直径以及柱状滑移面所在圆柱面的直径均等于水下管道预制环切面的外径，且捕捉筒的柱状滑移面与水下管道的预制环切面之间精密配合而构成移动副，同时捕捉筒锥状捕捉面所在锥面的锥度等于水下管道端部预制锥切面的锥度，捕捉筒锥状环沟的横截面呈直角梯形。

4.根据权利要求1所述的水下油气输送管道液缸外推式连接装置，其特征在于：所述导移器结合封堵器夹紧内六角形密封圈而组成双重金属密封，导移筒和捕捉筒的外环面直径相同，导移筒法兰盘的外侧端面铣有与捕捉筒环形沟槽相同规格的环形沟槽，导移筒内侧端面的环形凹槽采用双层同轴心布置的形式，且导移筒双层环形凹槽的横截面均呈等腰梯形；

所述导移筒的锥状环沟和捕捉筒的锥状环沟与水下管道的预制环切面为梯形密封圈的密封接触部位，且导移筒锥状环沟沿径向的环沟顶面所在的柱面与捕捉筒锥状环沟的环沟顶面所在的柱面保持重合，导移筒锥状环沟的环沟侧面所在锥面的锥度等于捕捉筒锥状环沟的环沟侧面所在锥面的锥度，导移筒柱状卡翅外环面所在圆柱面的直径等于水下管道预制环切面的外径；导移筒花键槽的各矩形键槽沿轴向放置且均与导移筒的轴线相平行，同时矩形键槽的两侧槽面均采用平面且相互间保持平行，而矩形键槽的槽顶面均采用圆拱面并位于同一圆柱面上，且导移筒花键槽式导移孔的轴向长度大于液缸外推系统液压缸的推程；

所述挤压衬套的外环面与导移筒柱状环沟的环腔内壁之间采用间隙配合，挤压衬套的锥状深沟槽所在锥面小端圆面的直径等于导移筒花键槽式导移孔环腔内壁的直径。

5.根据权利要求1所述的水下油气输送管道液缸外推式连接装置，其特征在于：所述封堵器实现封堵器与轴推连接器间的密封，封堵盘和导移筒的外环面直径相同，封堵盘的外侧端面上铣有与导移筒环形凹槽相同规格的双层布置环形凹槽，封堵盘环腔内壁的锥状卡环面中部设有锥面而其两侧则布置柱面，锥状卡环面中部锥面的大端圆面直径等于其外侧柱面的直径且均大于导移筒柱状环沟环腔内壁的直径；

所述封堵轴套的环腔内壁与轴推体的外环面之间精密配合且封堵轴套的外环面与导移筒的柱状环沟之间精密配合而构成双移动副，封堵轴套的锥状卡箍内侧柱面的直径等于封堵盘锥状卡环面中部锥面的小端圆面直径和锥状卡环面内侧柱面的直径。

6.根据权利要求1所述的水下油气输送管道液缸外推式连接装置，其特征在于：所述轴推连接器实现水下管道两管段间的跨接，两套轴推体和轴推滑轨对称布置于连接管的两侧端；轴推体轴推滑道的外径等于轴推体轴推接箍两侧柱面的直径并大于轴推体密封性管螺纹的大径，且轴推体轴推滑道的轴向长度大于液缸外推系统液压缸的推程与导移筒的轴向长度和封堵盘的厚度之和；连接管的柱状接环与轴推体的轴推接箍端面结合处实施圆周焊而完成连接管与轴推体间的连接，轴推体与连接管的环腔内壁直径相等，同时轴推体的轴推接箍外径等于连接管的外环面直径；

所述轴推滑轨的环腔内壁通过螺纹连接于轴推体的外侧，且轴推滑轨沿轴向的外侧端面与轴推体的外侧端面相平齐，轴推滑轨外环面所在柱面的直径等于导移筒花键槽式导移孔的孔径；轴推滑轨花键齿的各矩形键齿沿轴向放置且其两侧齿面均采用平面，各矩形键齿的齿顶面采用圆拱面并位于同一圆柱面上，且各矩形键齿的齿顶面所在圆柱面的直径小于导移筒矩形键槽的槽顶面所在圆柱面的直径。

7.根据权利要求1所述的水下油气输送管道液缸外推式连接装置，其特征在于：所述外推基座作为液缸外推系统液压缸轴向外推时的支撑点，并实现液缸外推系统的径向支撑；

所述外推筒的环腔内壁直径等于轴推体和连接管的外环面直径，外推筒的轴向长度小于轴推体的轴推接箍和连接管的轴向长度之和；外推筒的上推筒和下推筒的锥状圆台沿轴向分组布置且沿外推筒的剖分面对称分布，上推筒和下推筒的锥状圆台中央部位钻有外推螺孔；

所述外推盘座和外推支撑盘的厚度均等于导移筒法兰盘的厚度。

8.根据权利要求1所述的水下油气输送管道液缸外推式连接装置，其特征在于：所述外推支托的数量和位置与外推支座相对应，一组外推支托位于外推筒的正上方，另外两组外推支托则位于外推筒的中下部，外推支托的上卡套和下卡套的卡板中部钻有卡套螺孔，同时上卡套和下卡套的中央部位设有支撑孔，上卡套和下卡套的支撑孔轴线与外推支座和导移支座的轴线处于同一平面内且该平面与外推基座的中心线保持平行；

所述外推支座与导移器中导移支座的数量和规格相同并沿轴向对称布置，每个外推支座和导移支座均由矩形钢块加工而成，且外推支座和导移支座的厚度等于外推盘座的厚度；外推支座U形座沟的两侧沟壁钻有同轴心布置的外推销孔并配置外推销轴而实现外推支座与液缸外推系统液压缸缸筒的铰接，导移支座U形座沟的两侧沟壁钻有同轴心布置的导移销孔并配置导移销轴而实现导移支座与液缸外推系统液压缸活塞杆的铰接。

9.根据权利要求1所述的水下油气输送管道液缸外推式连接装置，其特征在于：所述液缸外推系统的各液压缸均顺延轴向布置，并通过外推支座和导移支座将导移器与外推基座连为一体，完成对接捕捉器和导移器的轴向外推；各液压缸的液压油均通过多路换向阀统一供给和分配，并经各液压缸上进液压油管的通油而完成液缸外推系统的自动同步轴向外推。