CN110762302A - 一种液压驱动的周向卡压式海底管道连接器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液压驱动的周向卡压式海底管道连接器，包括壳体，壳体是以中间位置为基准的左右对称的中空筒形结构，在壳体的左右两侧与被连接管道之间分别设置有压力环和基体，基体与管道接触，压力环位于在基体与壳体之间，所述壳体内表面设置有两道用于两个基体定位的环形凸肩，壳体左右两侧的内表面的周向均匀设置有液压槽，每个压力环的外表面的周向上均匀设置有与液压槽配合的矩形活塞、内表面设置有增力齿槽结构，基体外表面设置有与增力齿槽结构配合的增力齿结构，在壳体上设置有液压注入口和液压卸载口，在壳体的两端设置有端盖。本发明是一种仅通过周向旋转即可实现卡压式连接的海底管道连接器，为一体式，且具有自锁防松功能。

Description

一种液压驱动的周向卡压式海底管道连接器
技术领域
本发明涉及一种管道连接装置，尤其涉及一种液压驱动的周向卡压式海底管道连接器，属于海底管道连接器领域。
背景技术
海底管道连接器主要应用于安装或修复海底油气管道。目前海底管道的连接方法主要有：焊接、螺栓法兰连接、卡箍连接、卡爪连接、卡压连接等。其中，卡压式连接主要以楔形斜面的增力原理实现连接与密封，与其他连接方式相比结构更为紧凑简简洁，因此可靠性更高。本发明属于卡压式连接。
现存技术缺点：
目前大多数卡压式管道连接器在周向的增力作用没有被充分利用。另外绝大多数的连接器需配合外部连接机具使用才能完成连接。例如发明专利“可解除连接式管道连接器”(发明专利201610115655.2)，是一种典型的卡压式连接器，为了实现楔形结构的径向增力作用，沿轴向顺次设计了多个楔形锥面，安装时仅通过增压部件的轴向移动完成连接，移动行程长，耗时长；此外，该连接器安装时需要配合发明专利“卡压式机械连接器的连接工具”(专利号：201310276554.X)一起使用才能完成连接，连接后需撤除该连接工具，这个过程大幅加大了安装的复杂度和难度，延长了安装时间。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种液压驱动的周向卡压式海底管道连接器，是一种仅通过周向旋转即可实现卡压式连接的海底管道连接器。该连接器与连接工具为一体式，且具有自锁防松功能。
本发明的目的是这样实现的：包括壳体，壳体是以中间位置为基准的左右对称的中空筒形结构，在壳体的左右两侧与被连接管道之间分别设置有压力环和基体，基体与管道接触，压力环位于在基体与壳体之间，所述壳体内表面设置有两道用于两个基体定位的环形凸肩，壳体左右两侧的内表面的周向均匀设置有液压槽，每个压力环的外表面的周向上均匀设置有与液压槽配合的矩形活塞、内表面设置有增力齿槽结构，基体外表面设置有与增力齿槽结构配合的增力齿结构，在壳体上设置有液压注入口和液压卸载口，在壳体的两端设置有端盖。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.增力齿结构为波浪形的齿形结构，增力齿槽由凹槽与设置在凹槽与凹槽之间的倾斜面组成。
2.液压注入口和液压卸载口在壳体的周向上交替布置。
3.端盖与壳体接触面上、矩形活塞上、液压槽上均设置有密封槽，密封槽中设置有密封胶条。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明仅通过周向旋转推进方式即实现卡压式连接，连接过程中增力部件无轴向移动且周向行程非常短，因此连接速度更快；本发明通过波浪形齿形的斜面实现了连接器的自锁功能，从而无需额外的定位螺栓等结构，缩小了整体体积和结构复杂度，使用可靠性高；本发明的密封锚定卡齿同时实现了对管道的密封与锚定两个功能。
附图说明
图1为本发明预备安装状态的三维结构剖视图。
图2为本发明的预备安装状态及安装完成状态的内部结构示意图。
图3为壳体的结构示意图。
图4为端盖的结构示意图。
图5为压力环的结构示意图(包括立体图、主视方向和侧视方向)。
图6为基体的结构示意图(包括立体图、主视方向和侧视方向)。
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6，本发明的连接器为两端结构是对称的。包括连接器壳体、端盖、压力环、基体、紧固螺栓、橡胶密封胶条组成。
所述壳体为中空筒形，两端面为与所述端盖配合的法兰盘。所述壳体的筒体内壁面中部设有一道环形凸肩，用于与所述基体端面配合定位；在所述法兰盘和环形凸肩之间的筒体内壁面上，沿周向均布开设6个与所述压力环配合的液压槽；在液压槽的周围，开设有密封槽，用于安装橡胶密封胶条。所述壳体的外表面，两侧各间隔的均布6个液压注入孔和6个液压卸载孔。
所述压力环为中空筒形，其外表面周向均布的设有与所述液压槽配合的6个凸形矩形活塞；所述压力环的内表面上，沿周向均布设置有增力齿槽，该齿槽的齿宽方向平行于轴向，该齿槽贯穿压力环两侧端面所述增力齿槽的周向形状为波浪形，在该波浪形的每个波谷处，设置有小倾斜面，该斜面的作用是限制连接完成后增力齿的旋转方向，从而实现连接器的自锁功能。
所述基体为中空筒形，其一端的内外面均为圆筒形，与所述壳体的环形凸肩定位配合，并通过焊接方式与所述环形凸肩固定连接。所述基体另一端的外表面，沿周向均布增力齿，该增力齿周向的齿形也为波浪形，齿宽方向沿轴向，齿形与所述增力齿槽配合。在与所述增力齿同侧的基体内表面上，沿轴向均布多道周向的密封锚定卡齿。
所述端盖均布螺栓通孔，通过所述紧固螺栓将所述端盖紧固于两端的所述法兰盘盘面上，各个所述液压槽与所述矩形活塞形成封闭的液压缸结构
所述液压槽为矩形，槽的数量与所述矩形活塞数量相同，其槽底面为与所述壳体同轴的光滑柱面。
所述矩形活塞是所述压力环外表面的矩形凸起，该活塞顶面形状与所述液压槽底面形状相同，装配后与所述矩形活塞紧密配合。
所述液压注入孔及所述液压卸载孔均为螺纹通孔，均与所述液压槽相通。在所述连接器连接时，各所述液压注入孔均与水下作业机器人的液压管路连接，通过注入高压环保型液压油，推动所述矩形活塞移动；在所述连接器解除连接时，各所述液压卸载孔均与水下作业机器人的液压管路连接，通入高压液压油推动所述矩形活塞反向移动。
所述法兰盘盘面、液压槽内侧、矩形活塞外表面及端盖内侧表面上均开设有密封槽，用于安装橡胶密封胶条，确保液压缸结构的密封。
所述密封锚定卡齿的齿形为三角形，在连接前，卡齿顶端与管道表面留有间隙，在连接过程中，该齿压紧并嵌入管道表面，实现连接器的密封与管道锚定功能。
所述压力环与所述壳体的材料硬度均大于所述基体硬度，连接过程中所述基体整体发生较大幅度的径向收缩，其他结构不发生明显形变。
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述，因本发明结构的对称性，以图1所示连接器的右半部分为例进行说明：
入水前连接器组装过程：入水前将基体1插入壳体3内，基体无齿的一端与壳体的环形凸肩14配合，将压力环2轴向插入壳体与基体之间的间隙，将基体与壳体在环形凸肩处焊接固定。最后，盖上两侧的端盖5并旋紧各紧固螺栓4。连接器组装完毕，此时各部分结构位置如图1所示。
水下连接过程：连接器下放入水，将水下作业机器人的各条液压管线接头(图中未画出)分别与液压注入孔13的螺纹连接后，水下机器人携连接器下潜到预定水深位置，将被连接管道6从基体两侧插入到指定位置，此时连接器的状态如图1所示，管道外壁与基体之间存在很小的间隙。
进行安装时，如图2所示，利用水下机器人作为动力源，通过液压管线同时向壳体内注入高压的环保型液压油，因嵌入密封槽11和16的内橡胶密封胶条(图中未画出)的密封作用，流入液压槽15与矩形活塞17之间的液压油无法流出，产生的压力推动矩形活塞相对壳体沿周向顺时针移动，从而使压力环整体相对壳体沿周向顺时针转动，又因壳体与基体焊接固定，因此压力环也相对基体发生顺时针的周向转动。如图2中局部放大图I所示，增力齿槽7相对增力齿9顺时针周向转动，因为波浪形8的斜面产生楔形增力作用，增力齿槽压迫各个增力齿，从而径向压缩基体，使基体整体发生径向收缩。基体内侧的密封锚定卡齿18与被连接管道紧密接触并嵌入管道表面，实现了对被连接管道的密封与锚定作用。最后，撤除各液压管线，水下安装作业结束。
实现自锁的过程：当矩形活塞移动到与液压槽侧壁接触时即无法继续移动，压力环也停止周向转动，此时状态如图2中局部放大图II所示，增力齿槽的小倾斜面10与增力齿的齿顶接触，使压力环相对于基体有继续沿周向顺时针旋转的趋势，避免了使用过程中压力环的意外逆时针转动，这种小倾斜面产生的阻碍作用，实现了连接器的自锁功能。
水下解除过程：水下作业机器人将多条液压管线接头分别与壳体上的6个液压卸载孔12的螺纹连接。通过液压管线注入高压环保型液压油，其压力作用突破倾斜面的阻碍，迫使矩形活塞沿逆时针移动，从而使压力环沿逆时针周向旋转，从图2中局部放大图II恢复到局部放大图I的相对位置。基体在自身弹力作用下，密封锚定卡齿与管道表面分离。此时即实现了连接器与管道的解除。

Claims (5)

1.一种液压驱动的周向卡压式海底管道连接器，包括壳体，壳体是以中间位置为基准的左右对称的中空筒形结构，在壳体的左右两侧与被连接管道之间分别设置有压力环和基体，基体与管道接触，压力环位于在基体与壳体之间，其特征在于：所述壳体内表面设置有两道用于两个基体定位的环形凸肩，壳体左右两侧的内表面的周向均匀设置有液压槽，每个压力环的外表面的周向上均匀设置有与液压槽配合的矩形活塞、内表面设置有增力齿槽结构，基体外表面设置有与增力齿槽结构配合的增力齿结构，在壳体上设置有液压注入口和液压卸载口，在壳体的两端设置有端盖。
2.根据权利要求1所述的一种液压驱动的周向卡压式海底管道连接器，其特征在于：增力齿结构为波浪形的齿形结构，增力齿槽由凹槽与设置在凹槽与凹槽之间的倾斜面组成。
3.根据权利要求1或2所述的一种液压驱动的周向卡压式海底管道连接器，其特征在于：液压注入口和液压卸载口在壳体的周向上交替布置。
4.根据权利要求1或2所述的一种液压驱动的周向卡压式海底管道连接器，其特征在于：端盖与壳体接触面上、矩形活塞上、液压槽上均设置有密封槽，密封槽中设置有密封胶条。
5.根据权利要求3所述的一种液压驱动的周向卡压式海底管道连接器，其特征在于：端盖与壳体接触面上、矩形活塞上、液压槽上均设置有密封槽，密封槽中设置有密封胶条。
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