CN110206497B - 一种用于水下连接器的自动锁紧与解锁的二次锁紧机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水下连接器的自动锁紧与解锁的二次锁紧机构，包括水下连接器、棘齿条结构、止动棘爪和限位结构，水下连接器包括上连接体、下连接体、卡爪、驱动环和液压缸。与现有技术相比，本发明的二次锁紧机构只需液压缸驱动，不必使用外部工具进行操作，具有极高的快速性，以实现在台风到来时能够及时完成连接器的脱离，完成水下机构的回收，减少损失。

Description

一种用于水下连接器的自动锁紧与解锁的二次锁紧机构

技术领域

本发明涉及水下联接器技术领域，特别是涉及一种用于水下连接器的自动锁紧与解锁的二次锁紧机构。

背景技术

鉴于陆上石油资源逐渐枯竭，我国石油钻探作业逐步转向海洋，随着海洋钻井技术的发展，石油钻探从常规水深逐渐迈向深水和超深水海域。我国海洋钻探的主战场在南海海域，钻井作业水深范围较大，环境条件恶劣，频繁发生的台风/飓风严重影响钻井作业。

在台风/飓风条件下，常规隔水管需要将每根隔水管单根回收到钻井平台上，然后钻井平台撤离避台，这样操作既费时又不安全。常常由于防台、避台措施不到位，不能及时回收隔水管，致使隔水管在台风条件下发生破坏，发生隔水管事故，导致钻井停机。在此背景下，防台钻井隔水管系统概念的提出，使恶劣天气条件下隔水管不能及时回收问题迎刃而解，增强了隔水管系统的防台性能，从而提升了钻井系统的安全性和可靠性。在台风来临前，防台钻井隔水管可以在近海面快速脱离，只回收一小部分隔水管，剩下的大部分隔水管在海水中保持自由站立，由浮力罐提供的浮力来支撑。台风过后，钻井平台驶回原来钻井位置，将回收的上部隔水管重新与下部隔水管连接，恢复钻井作业。该系统可大大缩短台风来临前隔水管回收和台风过后隔水管重接的时间，大幅降低隔水管回收下放的风险，有效提高了整个钻井系统的安全可靠性。

水下连接器是防台钻井隔水管系统的核心部件，其主要功能是连接上、下部隔水管。台风/飓风等恶劣天气来临前，平台控制室发出脱离指令，控制连接器上的液压驱动系统，完成脱离作业；台风/飓风过后，平台开到井口上方下放上部隔水管，借助ROV辅助，液压系统动作，完成上下隔水管连接。在此过程中，连接器的锁定是实现连接器连接和解锁的关键技术，尤其作为不便操作的二次锁定技术更是连接器牢固连接的技术挑战。

目前水下连接器的二次锁紧装置多采用ROV辅助操作，驱动二次锁紧螺栓进行锁紧和解锁作业。然而，ROV操作易受外界环境影响，很难高效稳定地完成精确的二次锁紧作业，且ROV操作费用较高，耗时长，无法实现自动锁定及解锁，从而导致连接器不能快速脱离避台。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于水下连接器的自动锁紧与解锁的二次锁紧机构，实现隔水管连接器在液压卡爪作用下锁紧的同时进行二次锁紧，以确保在液压系统发生故障时连接器仍能正常连接，并在需要脱离时实现自动脱离。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明公开了一种用于水下连接器的自动锁紧与解锁的二次锁紧机构，包括：

上连接体；

下连接体，所述下连接体位于所述上连接体的下侧，所述下连接体的上端开口能够和所述上连接体的下端开口抵接，所述下连接体的下端具有法兰端面；

卡爪，所述卡爪的中部转动连接于所述上连接体下端的外缘处，所述卡爪为多个且沿所述上连接体的圆周方向均布，所述卡爪的上端和下端分别具有外凸部和内凸部；

驱动环，所述驱动环套设于所述卡爪所在圆周的外侧；

液压缸，所述液压缸的一端与所述上连接体固定连接，所述液压缸的另一端与所述驱动环固定连接，所述驱动环向上运动时能够与所述外凸部接触，推动所述卡爪的上端向内摆动，使所述下连接体与所述上连接体分离，所述驱动环向下运动时能够与所述卡爪的下端外缘接触，推动所述卡爪的下端向内摆动，使所述下连接体与所述上连接体相抵；

棘齿条结构，所述棘齿条结构包括底座和棘齿条，所述棘齿条的下端固定于所述底座上，所述底座向内的一端与所述下连接体转动连接，所述棘齿条的上端能够穿过所述驱动环和所述上连接体上的通过孔，所述棘齿条能够在所述通过孔内摆动；

止动棘爪，所述止动棘爪位于所述棘齿条结构的外侧，所述止动棘爪的下端与所述驱动环转动连接，所述止动棘爪的上端用以和所述棘齿条上的棘齿配合；

限位结构，所述限位结构包括导柱、止动螺母和弹簧，所述导柱的下端固定于所述下连接体下端的法兰端面上，所述导柱的上端向上穿过所述底座并与所述止动螺母螺纹连接，所述止动螺母位于所述底座上侧，所述弹簧套设于所述底座与所述下连接体下端的法兰端面之间的所述导柱外侧。

优选地，所述上连接体包括连接盖和上毂座，所述上毂座的上端固定于所述连接盖上，所述上连接体上的所述通过孔位于所述连接盖上，所述下连接体为下毂座。

优选地，还包括导向柱，所述导向柱的上端固定于所述连接盖上，所述驱动环上设有导向孔，所述导向柱的下端向下穿过所述导向孔并与所述导向孔滑动接触，所述导向柱用以对所述驱动环的运动进行导向。

优选地，所述导向柱上固定有限位块，所述限位块位于所述驱动环上侧，所述限位块用以限制所述驱动环的上极限位置。

优选地，所述驱动环的上表面具有支柱，所述止动棘爪与所述支柱转动连接，所述止动棘爪的上端向上旋转时能够与所述支柱的上侧边缘相抵，限制所述止动棘爪向上的摆角，所述止动棘爪的下端固定有弹性片，所述止动棘爪的上端向下旋转时，所述弹性片能够与所述支柱的下侧边缘相抵，限制所述止动棘爪向下的摆角。

优选地，所述支柱包括竖杆和横杆，所述竖杆的下端固定于所述驱动环上，所述横杆向外的一端固定于所述竖杆的上端，所述横杆向内的一端与所述止动棘爪转动连接，所述横杆向内的一端的上沿具有向内的延伸部，所述延伸部用以限制所述止动棘爪向上的摆角。

优选地，还包括止动棘爪转轴，所述止动棘爪转轴同时穿过所述止动棘爪和所述横杆，并于所述止动棘爪转轴的端部设置限位块。

优选地，还包括底座转轴，所述下连接体下端的法兰端面上具有一个旋转座，所述底座转轴同时穿过所述底座和所述旋转座，并于所述底座转轴的端部设置限位块。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的二次锁紧机构只需液压缸驱动，不必使用外部工具进行操作，具有极高的快速性，以实现在台风到来时能够及时完成连接器的脱离，完成水下机构的回收，减少损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例用于水下连接器的自动锁紧与解锁的二次锁紧机构未锁紧状态的结构示意图；

图2为本实施例用于水下连接器的自动锁紧与解锁的二次锁紧机构锁紧状态的结构示意图；

图3为图1中部分结构示意图；

图4为图3的局部放大图；

图5为图4的一个部位的局部放大图；

图6为图4的另一个部位的局部放大图；

图7为图1的正视图；

附图标记说明：1棘齿条；2底座；3旋转座；4止动棘爪；5导柱；6止动螺母；7弹簧；8底座转轴；9止动棘爪转轴；10驱动环；11下毂座；12上毂座；13卡爪；14液压缸；15连接盖。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种用于水下连接器的自动锁紧与解锁的二次锁紧机构，实现隔水管连接器在液压卡爪作用下锁紧的同时进行二次锁紧，以确保在液压系统发生故障时连接器仍能正常连接，并在需要脱离时实现自动脱离。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-7所示，本实施例提供一种用于水下连接器的自动锁紧与解锁的二次锁紧机构，包括连接体、下连接体、卡爪13、驱动环10、液压缸14、棘齿条结构、止动棘爪4和限位结构。

其中，下连接体位于上连接体的下侧，下连接体的上端开口能够和上连接体的下端开口抵接，抵接后上连接体能够与上隔水管相连，下连接体能够与下隔水管相连，形成上、下隔水管的水下连接，下连接体的下端具有法兰端面；卡爪13的中部转动连接于上连接体下端的外缘处，卡爪13为多个且沿上连接体的圆周方向均布，卡爪13的上端和下端分别具有外凸部和内凸部，通过使卡爪13绕其转动中心旋转，可调整其角度，从而压紧下连接体或与下连接体分离；驱动环10套设于卡爪13所在圆周的外侧，当驱动环10上、下动作时，能够接触并推动卡爪13的上端或下端向内侧旋转，实现对卡爪13角度的控制；液压缸14的一端与上连接体固定连接，液压缸14的另一端与驱动环10固定连接，即液压缸14为驱动环10的驱动结构，驱动环10向上运动时能够与外凸部接触，推动卡爪13的上端向内摆动，使下连接体与上连接体分离，驱动环10向下运动时能够与卡爪13的下端外缘接触，推动卡爪13的下端向内摆动，使下连接体与上连接体相抵；棘齿条1结构包括底座2和棘齿条1，棘齿条1的下端固定于底座2上，底座2向内的一端与下连接体转动连接，棘齿条1的上端能够穿过驱动环10和上连接体上的通过孔，棘齿条1能够在通过孔内摆动；止动棘爪4位于棘齿条1结构的外侧，止动棘爪4的下端与驱动环10转动连接，止动棘爪4的上端用以和棘齿条1上的棘齿配合，当止动棘爪4相对棘齿条1向下移动时，止动棘爪4与棘齿条1互不锁紧，当止动棘爪4相对棘齿条1向上移动时，止动棘爪4与棘齿条1相互锁紧；限位结构包括导柱5、止动螺母6和弹簧7，导柱5的下端固定于下连接体下端的法兰端面上，导柱5的上端向上穿过底座2并与止动螺母6螺纹连接，止动螺母6位于底座2上侧，弹簧7套设于底座2与下连接体下端的法兰端面之间的导柱5外侧，限位结构的作用是使棘齿条1能够摆动，并限制摆动角度。

上述结构在使用时，通过外部驱动结构(外部液压缸等，图中未画出)向下推动上连接体，使上连接体的下端开口与下连接体的上端开口对正并相抵，然后液压缸14伸长，驱动环10下移并压迫卡爪13下端外侧，使卡爪13下端内收，卡爪13下端的内凸部与下连接体的上端法兰盘的下表面接触，使下连接体向上压紧上连接体；驱动环10下移的同时带动止动棘爪4下移，由于棘轮机构的特性，止动棘爪4沿棘齿条1下滑时并不会有很大阻力，驱动环10可以带动止动棘爪4下移使之沿棘齿条1滑动至上连接体和下连接体完成连接。在此过程中，由于止动棘爪4的顺时针旋转(以图1-7中的视角为正视方向)受到限位，其滑动时会压迫棘齿条1使其逆时针微小偏转，弹簧7会有少许拉伸，连接完成后弹簧7回弹可以保证止动棘爪4与棘齿条1的啮合。此时止动棘爪4固定并与棘齿条1实现自锁(由于弹簧7弹性系数很大，又由于卡爪13的锁紧作用，仅靠下连接体及其连接的下部结构的自重和海流无法使弹簧7伸长以破坏自锁)。此时连接器无法分离，实现固定。

当连接器需要脱离时，液压缸14缩短带动驱动环10上移，此时借由液压缸14的拉力作用，止动棘爪4给予棘齿条1很大推力，该推力的水平分力导致棘齿条1发生较大角度的逆时针转动，使弹簧7伸长，止动棘爪4也发生逆时针转动，直至棘齿条1与止动棘爪4分离，自锁状态解除。液压缸14带动驱动环10上移，使得连接器的上连接体与下连接体脱离，棘齿条1可在弹簧7的作用下复位。

本实施例中，上连接体包括连接盖15和上毂座12，上毂座12的上端固定于连接盖15上，连接盖15的外径大于上毂座12上端的外径。上连接体上的通过孔位于连接盖15上，液压缸14的上端固定于连接盖15上，下连接体为下毂座11。通过在上毂座12上固定连接盖15，可扩大上毂座12的上端外径，以便于液压缸14及其它结构的安装。本实施例中，连接盖15、上毂座12、下毂座11、驱动环10和下毂座11同轴。

为了对驱动环10的运动方向准确控制，使其轴心与卡爪13的阵列中心同心，从而使各卡爪13的动作保持一致，本实施例还包括导向柱。导向柱的上端固定于连接盖15上，驱动环10上设有导向孔，导向柱的下端向下穿过导向孔并与导向孔滑动接触，导向柱用以对驱动环10的运动进行导向。

进一步的，本实施例于导向柱上固定有限位块，限位块位于驱动环10上侧，限位块用以限制驱动环10的上极限位置。

止动棘爪4与驱动环10的转动连接方式有多种，本实施例中驱动环10的上表面具有支柱，止动棘爪4与支柱转动连接。止动棘爪4的上端向上旋转(即止动棘爪4顺时针旋转)时能够与支柱的上侧边缘相抵，限制止动棘爪4向上的摆角。止动棘爪4的下端固定有弹性片，止动棘爪4的上端向下旋转时，弹性片能够与支柱的下侧边缘相抵，限制止动棘爪4向下的摆角。当连接器需要脱离时，在液压缸14的作用下棘齿条1发生较大角度的逆时针转动，使弹簧7伸长，止动棘爪4也发生逆时针转动，此时弹性片与支柱相抵并发生弹性变形，止动棘爪4与棘齿条1分离后弹性片可使止动棘爪4复位。

进一步的，本实施例中支柱包括竖杆和横杆，竖杆的下端固定于驱动环10上，横杆向外的一端固定于竖杆的上端，横杆向内的一端与止动棘爪4转动连接，横杆向内的一端的上沿具有向内的延伸部，延伸部用以限制止动棘爪4向上的摆角。

止动棘爪4和横杆的转动连接方式为，通过一个止动棘爪转轴9同时穿过止动棘爪4和横杆，并于止动棘爪转轴9的端部设置限位块。底座2与下毂座11的转动连接方式为，于下毂座11的下端法兰端面上固定设置一个旋转座3，使一个底座转轴8同时穿过底座2和旋转座3，并于底座转轴8的端部设置限位块。本领域技术人员还可选择其它转动连接方式，只要能够实现转动连接即可。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种用于水下连接器的自动锁紧与解锁的二次锁紧机构，其特征在于，包括：

上连接体；

下连接体，所述下连接体位于所述上连接体的下侧，所述下连接体的上端开口能够和所述上连接体的下端开口抵接，所述下连接体的下端具有法兰端面；

卡爪，所述卡爪的中部转动连接于所述上连接体下端的外缘处，所述卡爪为多个且沿所述上连接体的圆周方向均布，所述卡爪的上端和下端分别具有外凸部和内凸部；

驱动环，所述驱动环套设于所述卡爪所在圆周的外侧；

液压缸，所述液压缸的一端与所述上连接体固定连接，所述液压缸的另一端与所述驱动环固定连接，所述驱动环向上运动时能够与所述外凸部接触，推动所述卡爪的上端向内摆动，使所述下连接体与所述上连接体分离，所述驱动环向下运动时能够与所述卡爪的下端外缘接触，推动所述卡爪的下端向内摆动，使所述下连接体与所述上连接体相抵；

棘齿条结构，所述棘齿条结构包括底座和棘齿条，所述棘齿条的下端固定于所述底座上，所述底座向内的一端与所述下连接体转动连接，所述棘齿条的上端能够穿过所述驱动环和所述上连接体上的通过孔，所述棘齿条能够在所述通过孔内摆动；

止动棘爪，所述止动棘爪位于所述棘齿条结构的外侧，所述止动棘爪的下端与所述驱动环转动连接，所述止动棘爪的上端用以和所述棘齿条上的棘齿配合；

限位结构，所述限位结构包括导柱、止动螺母和弹簧，所述导柱的下端固定于所述下连接体下端的法兰端面上，所述导柱的上端向上穿过所述底座并与所述止动螺母螺纹连接，所述止动螺母位于所述底座上侧，所述弹簧套设于所述底座与所述下连接体下端的法兰端面之间的所述导柱外侧。

2.根据权利要求1所述的用于水下连接器的自动锁紧与解锁的二次锁紧机构，其特征在于，所述上连接体包括连接盖和上毂座，所述上毂座的上端固定于所述连接盖上，所述上连接体上的所述通过孔位于所述连接盖上，所述下连接体为下毂座。

3.根据权利要求2所述的用于水下连接器的自动锁紧与解锁的二次锁紧机构，其特征在于，还包括导向柱，所述导向柱的上端固定于所述连接盖上，所述驱动环上设有导向孔，所述导向柱的下端向下穿过所述导向孔并与所述导向孔滑动接触，所述导向柱用以对所述驱动环的运动进行导向。

4.根据权利要求3所述的用于水下连接器的自动锁紧与解锁的二次锁紧机构，其特征在于，所述导向柱上固定有限位块，所述限位块位于所述驱动环上侧，所述限位块用以限制所述驱动环的上极限位置。

5.根据权利要求1所述的用于水下连接器的自动锁紧与解锁的二次锁紧机构，其特征在于，所述驱动环的上表面具有支柱，所述止动棘爪与所述支柱转动连接，所述止动棘爪的上端向上旋转时能够与所述支柱的上侧边缘相抵，限制所述止动棘爪向上的摆角，所述止动棘爪的下端固定有弹性片，所述止动棘爪的上端向下旋转时，所述弹性片能够与所述支柱的下侧边缘相抵，限制所述止动棘爪向下的摆角。

6.根据权利要求5所述的用于水下连接器的自动锁紧与解锁的二次锁紧机构，其特征在于，所述支柱包括竖杆和横杆，所述竖杆的下端固定于所述驱动环上，所述横杆向外的一端固定于所述竖杆的上端，所述横杆向内的一端与所述止动棘爪转动连接，所述横杆向内的一端的上沿具有向内的延伸部，所述延伸部用以限制所述止动棘爪向上的摆角。

7.根据权利要求6所述的用于水下连接器的自动锁紧与解锁的二次锁紧机构，其特征在于，还包括止动棘爪转轴，所述止动棘爪转轴同时穿过所述止动棘爪和所述横杆，并于所述止动棘爪转轴的端部设置限位块。

8.根据权利要求1所述的用于水下连接器的自动锁紧与解锁的二次锁紧机构，其特征在于，还包括底座转轴，所述下连接体下端的法兰端面上具有一个旋转座，所述底座转轴同时穿过所述底座和所述旋转座，并于所述底座转轴的端部设置限位块。