CN110107749B - 一种可拆卸式海底管道连接器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可拆卸式海底管道连接器，包括基体、压力环、传力瓦和壳体等部分组成，所述的基体为中空圆筒形，基体中部有略凹陷的周向环形定位槽，用于与所述的壳体过盈配合以实现轴向定位和固定连接。基体两端均沿轴向开有多条减压槽，基体两端的内表面开设有锚定卡齿。基体内表面为柱面，每侧各有两道环形金属凸起，并在基体外表面的对应处设有凸环。本发明无需额外的安装机具及高压液压油源，即可实现连接器的安装与拆卸。

Description

一种可拆卸式海底管道连接器
技术领域
本发明涉及一种管道连接装置，尤其涉及一种可拆卸式海底管道连接器，属于海底管道连接器领域。
背景技术
目前管道的连接主要包括：焊接、螺栓法兰连接、卡箍连接、卡爪连接等连接方式。
现存技术缺点：
在连接与密封的过程中，多数海底管道连接器需额外的连接机具、液压油源、水下机器人辅助完成，因此操作复杂繁琐，耗时较长；在使用过程中，因海底复杂环境载荷作用，连接装置承受海流冲击等环境因素，容易导致结构松动甚至密封失效
目前尚无针对以上问题的最优解决方案。其中，“一种新型海底管道连接器”(发明专利201610115655.2)，是一种结构紧凑、性能可靠的连接装置，但连接过程中仍需“卡压式机械连接器的连接工具”(发明专利201310276554.X)作为配套连接机具，并需结合水下机器人操作才能实现海底管道的连接，操作相对复杂。“可拆卸式管道连接器”(发明专利201310047214.X)是一种可拆卸的管道连接器，但仍需额外的卡压式连接器安装拆卸工具辅助才能实现安装拆卸。
发明内容
本发明的目的是为了无需额外的安装拆卸机具及高压液压油源辅助，即可实现安装和拆卸而提供一种可拆卸式海底管道连接器。
本发明的目的是这样实现的：包括用于连接两个管路的基体和设置在基体外表面的两个压力环，基体是以中间段为基准的管状对称式结构，在基体外表面设置有凸环、内表面设置有螺纹段和凸起，压力环的内表面设置有与凸起配合的锥面段，还包括壳体、加载齿轮、传力瓦组，在基体中间位置的外表面设置有环形定位槽，壳体中间位置的内表面设置有与环形定位槽配合的环形定位环，环形定位槽与环形定位环通过螺栓实现壳体与基体的连接，在壳体的两端的内表面的周向对称设置有导向凸槽和传力瓦组安放凹槽，压力环的外表面依次设置有矩形螺纹段一和导向凹槽，导向凸槽与导向凹槽配合，传力瓦组为至少三个传力瓦组成的环状结构且设置在传力瓦组安放凹槽内，每个传力瓦的端面设置有端齿、内表面设置有与矩形螺纹段一配合的矩形螺纹段二，在壳体上设置有两组环向布置的加载齿轮安装孔，且每组加载齿轮安装孔的数量为奇数且至少有三个，加载齿轮设置在每个加载齿轮安装孔内，且加载齿轮的轮齿部分位于壳体内且与传力瓦的端齿啮合。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述凸环和凸起均有四个，且对称设置在基体上，靠近基体中间位置的凸环的尺寸大于远离基体中间位置的凸环的尺寸。
2.加载齿轮的端口与水下机器人的机械手连接实现驱动。
3.导向凹槽和导向凸槽个数相等，均为3个且等间距设置。
4.传力瓦组的传力瓦的内表面的矩形螺纹段二拼接成连贯完成的内螺纹、端面的端齿是完整的的齿形结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明无需额外的安装机具及高压液压油源，即可实现连接器的安装与拆卸；本发明仅通过水下机器人机械手旋转加载齿轮实现连接器的安装与拆卸，装卸简单快速；装卸机构结构简洁紧凑，压力环受力均匀，移动过程平稳，装卸作业的可靠性高；本发明可对两侧被连接管道同时装拆卸、分别装卸；内部的螺纹传动使连接器使用过程中自锁性好，密封可靠性高。
附图说明
图1为本发明的三维结构示意图。
图2a和图2b分别为加载齿轮三维结构示意图和主视图。
图3为传力瓦三维结构示意图。
图4a、图4b和图4c为传力瓦组的主视方向、侧视方向和局部示意图。
图5a和图5b为压力环结构的主视方向和侧视方向的示意图。
图6为基体结构的示意图。
图7为壳体结构的示意图。
图8为本发明在水下预备安装状态的内部结构示意图。
图9为本发明在水下安装完毕状态的内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1至图9，本发明的连接器为对称结构。包括基体、压力环、传力瓦和壳体等部分组成。
所述的基体为中空圆筒形，基体中部有略凹陷的周向环形定位槽，用于与所述的壳体过盈配合以实现轴向定位和固定连接。基体两端均沿轴向开有多条减压槽，基体两端的内表面开设有锚定卡齿。基体内表面为柱面，每侧各有两道环形金属凸起，并在基体外表面的对应处设有凸环。
所述压力环的外表面沿轴向内侧开设有矩形螺纹，外侧开设多条导向凹槽。压力环的内表面为锥面与柱面间隔分布，与所述基体的外表面相配合。
所述的传力瓦每块内侧设置有矩形螺纹，与所述的压力环外侧的螺纹配合。外侧为光滑柱面，与所述的壳体传力瓦安放凹槽相配合。传力瓦的一侧端面设置端齿，与所述加载齿轮配合。另一端面为平面，与所述传力瓦安放凹槽侧壁配合。安装时，传力瓦多块为一组，组成完整环形结构的传力瓦组。
所述的壳体为筒形，两侧筒壁上分别均布安装有多个加载齿轮，壳体内壁为柱面，在壳体内壁中间位置有略微凸出的周向环形定位环，在环形段中部沿周向分布多个紧固螺栓孔。壳体内壁周向还对称的设有传力瓦安放凹槽。壳体内壁的两端对称设置多条与所述压力环导向凹槽配合的轴向导向凸槽，导向凸槽的长度根据压力环行程确定。
所述的加载齿轮为带轮轴的小齿轮，轮轴与所述壳体配合，齿轮与所述传力瓦端面的齿配合。轮轴端面设置有可与水下机器人机械手连接的接口。
所述传力瓦，安装时是逐一放入壳体内的。传力瓦的块数选择的标准是确保每块传力瓦均可通过壳体筒形空腔并能顺利放入所述安放凹槽内。
所述的传力瓦组中，有三块传力瓦端面的倾角与其他块不同(如图4的局部视图A和B所示)，以保证该组传力瓦的最后一块放入所述传力瓦安放凹槽内过程中，不会与其他传力瓦端面干涉。
组成所述传力瓦组的各块传力瓦是固定顺序组合的，传力瓦组的内表面拼成连贯完整的内螺纹。
所述的传力瓦逐一放入所述安放凹槽后，各块之间如有间隙，则采用垫片填塞，使传力瓦组周向各块之间不会发生周向相对移动。
所述的加载齿轮，在壳体的每侧沿轴向分布，数量为奇数，且每侧的总数大于或等于3，以避免出现所有加载齿轮均处于两块传力瓦接缝处的情形，从而保证任何时候至少有一个加载齿轮能可靠的传递扭矩。
下面以装置右半部分为例，说明安装过程及密封原理。
1、在连接器入水前，将基体16与壳体17通过周向环形定位槽7与周向环形定位环12过盈配合连接，并进一步安装紧固螺栓15防止使用过程中基体与壳体发生相对移动。所有传力瓦18均依次放入壳体内壁的传力瓦安放凹槽13内，组成传力瓦组。随后将压力环20通过外侧的矩形螺纹一6与传力瓦组相配合并旋入壳体内。
将连接器整体下放入水，调整连接器位置将两端的被连接管道21均插入连接器内部。将水下机器人的机械手与加载齿轮19端部的接口2连接。
2、进行连接时，水下机器人的机械手连续旋转，驱动加载齿轮转动。如图8所示，加载齿轮的轮齿1与传力瓦端齿3啮合，带动传力瓦在壳体的传力瓦安放凹槽内绕壳体的轴线旋转。因压力环的导向凹槽5与壳体的导向凸槽14配合，限制了压力环的周向转动，因而压力环在传力瓦内侧的矩形螺纹二4的带动下只沿轴向移动。移动过程中，压力环内表面的锥面与柱面逐渐与基体外表面接触，压迫基体外表面的凸环9和11，使环形金属凸起8和10发生径向收缩，并与被连接管道外表面压紧嵌合(如图9中局部视图D和E所示)，嵌合部分的金属发生弹塑性变形，依靠金属表面的塑性流动性封堵接触表面的微观泄露通道，实现了金属静密封。同时，卡齿锚定部分也嵌入到管道表面(如图9中局部视图F所示)，实现了连接器的锚定连接功能。随着水下机器人机械手的快速旋转，压力环将持续稳定的轴向移动至预定位置，从而完成管道的连接与密封。因压力环矩形螺纹的升角非常小，且传力瓦被壳体安放凹槽侧壁限制不会发生轴向位移，因此该装置具有较好的连接锚定及自锁防松性能。
3、进行拆卸时，只需将水下机器人的机械手端再次与加载齿轮的接口连接并与安装时反向旋转，即可将压力环向反方向移动退出，退出过程中，压力环内侧面与基体脱离，基体失去压力环的挤压作用后，因残余应力及自身弹性，发生径向膨胀，基体内壁的环形金属凸起和卡齿自动与管道表面脱离，从而实现连接器的拆卸。操作过程快速方便。

Claims (9)

1.一种可拆卸式海底管道连接器，包括用于连接两个管路的基体和设置在基体外表面的两个压力环，基体是以中间段为基准的管状对称式结构，在基体外表面设置有凸环、内表面设置有螺纹段和凸起，压力环的内表面设置有与凸环配合的锥面段，其特征在于：还包括壳体、加载齿轮、传力瓦组，在基体中间位置的外表面设置有环形定位槽，壳体中间位置的内表面设置有与环形定位槽配合的环形定位环，环形定位槽与环形定位环通过螺栓实现壳体与基体的连接，在壳体的两端的内表面的周向对称设置有导向凸槽和传力瓦组安放凹槽，压力环的外表面依次设置有矩形螺纹段一和导向凹槽，导向凸槽与导向凹槽配合，传力瓦组为至少三个传力瓦组成的环状结构且设置在传力瓦组安放凹槽内，每个传力瓦的端面设置有端齿、内表面设置有与矩形螺纹段一配合的矩形螺纹段二，在壳体上设置有两组环向布置的加载齿轮安装孔，且每组加载齿轮安装孔的数量为奇数且至少有三个，加载齿轮设置在每个加载齿轮安装孔内，且加载齿轮的轮齿部分位于壳体内且与传力瓦的端齿啮合。
2.根据权利要求1所述的一种可拆卸式海底管道连接器，其特征在于：所述凸环和凸起均有四个，且对称设置在基体上，靠近基体中间位置的凸环的尺寸大于远离基体中间位置的凸环的尺寸。
3.根据权利要求1或2所述的一种可拆卸式海底管道连接器，其特征在于：加载齿轮的端口与水下机器人的机械手连接实现驱动。
4.根据权利要求1或2所述的一种可拆卸式海底管道连接器，其特征在于：导向凹槽和导向凸槽个数相等，均为3个且等间距设置。
5.根据权利要求3所述的一种可拆卸式海底管道连接器，其特征在于：导向凹槽和导向凸槽个数相等，均为3个且等间距设置。
6.根据权利要求1或2所述的一种可拆卸式海底管道连接器，其特征在于：传力瓦组的传力瓦的内表面的矩形螺纹段二拼接成连贯完成的内螺纹、端面的端齿是完整的齿形结构。
7.根据权利要求3所述的一种可拆卸式海底管道连接器，其特征在于：传力瓦组的传力瓦的内表面的矩形螺纹段二拼接成连贯完成的内螺纹、端面的端齿是完整的齿形结构。
8.根据权利要求4所述的一种可拆卸式海底管道连接器，其特征在于：传力瓦组的传力瓦的内表面的矩形螺纹段二拼接成连贯完成的内螺纹、端面的端齿是完整的齿形结构。
9.根据权利要求5所述的一种可拆卸式海底管道连接器，其特征在于：传力瓦组的传力瓦的内表面的矩形螺纹段二拼接成连贯完成的内螺纹、端面的端齿是完整的齿形结构。
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