CN110925519A - 一种水下应急控油罩的转接装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水下应急控油罩的转接装置，包括保护框架、对接锁紧组件、转接机构和流量调节机构，所述保护框架是四层框架结构，中间两层分别设置有上连接法兰和下连接法兰，对接锁紧组件设置在上连接法兰上，转接机构设置在上连接法兰与下连接法兰之间，流量调节机构设置在保护框架的底层，转接机构上也设置有两组对接锁紧组件。本发明能够与控油罩配合实现泄漏原油的收集与转接，并与水上设备配合最终实现水下泄漏点的原油回收功能。

Description

一种水下应急控油罩的转接装置

技术领域

本发明涉及一种水下应急控油罩的转接装置，属于海洋石油工程领域。

背景技术

石油资源是国家工业发展的命脉，对世界经济以及全球工业发展起着至关重要的作用。随着技术的发展，人们把石油资源的开采转向了海洋深处，这对于海洋开采等设备提出了更高的要求。与此同时水下应急控油转接装备的需求日益增加，针对其工作特性，应该具备快速下水、水下快速对接、抗倾覆滑移和快速回收等特点。

海洋石油开采过程，受海底海流冲刷和海水的腐蚀作用，水下生产设备损坏致使原油泄漏的事情时有发生，一旦发生泄漏，对海洋环境以及人类和其他动植物的生存势必产生巨大影响，为了将泄漏事故带来的影响降到最低，这就对水下应急控油罩的转接装置提出了更高的要求，具有水下快速对接、锁紧、密封性能良好、锁紧装置安全可靠等特点。

水下应急控油罩的转接装置是水下应急维修装备中的重要组成部分。该装置作用是将转接软管与控油装置连接在一起，在水下设施发生管道泄漏等事故时，与控油装置配合实现泄漏原油的收集与输送，最大程度上减小油气泄漏带来的经济损失和环境破坏，并为后续的维修救援提供充足的时间。水下应急控油罩的转接装置由对接机构、锁紧机构、转接机构、流量调节机构等组成，其中涉及的关键技术有水下对接技术、缓冲技术和锁紧技术等。

发明内容

本发明的目的是为了在水下发生严重油气泄漏时的应急维修而提供一种水下应急控油罩的转接装置，能够与控油罩配合实现泄漏原油的收集与转接，并与水上设备配合最终实现水下泄漏点的原油回收功能。

本发明的目的是这样实现的：包括保护框架、对接锁紧组件、转接机构和流量调节机构，所述保护框架是四层框架结构，中间两层分别设置有上连接法兰和下连接法兰，对接锁紧组件设置在上连接法兰上，转接机构设置在上连接法兰与下连接法兰之间，流量调节机构设置在保护框架的底层，转接机构上也设置有两组对接锁紧组件。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.对接锁紧组件对接机构和锁紧机构，锁紧机构包括与上连接法兰连接的支撑基座、设置在支撑基座外部下段上滚动轴承、设置在滚动轴承外端的连接套筒、用于固定滚动轴承的的滚动轴承下压板、与连接套筒上端固连的环形内齿轮、设置在连接套筒外表面的ROV操作手柄、通过支撑套对称设置在支撑基座外的至少四组螺母丝杠、铰接在丝杠上端的锁紧块，锁紧块设置在支撑基座对应的槽孔里，丝杠螺母的螺母与环形内齿轮啮合，所述支撑基座的上段周向上设置有至少与锁紧块个数相等的预锁紧结构；对接机构包括设置在支撑基座上端的外部套筒、设置在外部套筒内的导向套筒、设置在导向套筒与外部套筒之间的弹簧、设置在导向套筒上端的锥形导向罩、设置在导向套筒内的快速接头，快速接头下端设置有与锁紧块配合的凹槽。

2.所述丝杠螺母有六组，对应的凹槽也有六个。

3.所述转接机构包括与上连接法兰连接的手动闸板阀、与手动闸板阀下端连接的四通接头、设置在四通接头相对的两侧面上两个90度转角连接法兰一、分别设置在两个90度转角连接法兰一端部的溢流阀和闸板阀、分别与溢流阀和闸板阀连接的两个90度转角连接法兰二，四通接头的下端与下连接法兰的上端连接，两组对接锁紧组件的支撑基座分别与两个90度转角连接法兰二连接。

4.所述流量调节组件包括与下连接法兰连接的粗转接头、与粗转接头下端连接的流量转接缸盖、设置在流量转接缸盖下端的流量转接缸筒、设置在保护框架底层的细转接头和手动闸板阀，细转接头与流量转接缸筒下端的中间位置连接，手动闸板阀有四个，对称布置在细转接头周围，手动闸板阀的上端与流量转接缸筒连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明通过增加保护框架机构，可以在复杂的深水海洋环境下保护转接装置的多个机构，同时保护框架内设有多层隔板，方便控油装置的多个机构安装在保护框架上，提高了整体结构的稳定性。2、本发明通过采用组合式对接结构而摒弃了整体式的结构，避免了在对接过程快速接头与导向罩产生的冲击碰撞，从而影响快速接头的安装，而组合式对接结构将动静对接变为动动对接，保证在对接过程实现缓冲功能。3、本发明通过采用具有弧度的金属骨架橡胶结构的导向罩，降低了对接难度，减小撞击的同时降低锥形导向罩在水下受力。4、本发明通过采用预锁紧结构和由丝杠螺母和齿轮传动带动锁紧块的传动结构，利用ROV机械手的操作实现快速接头的锁紧，通过齿轮传动的方式来保证6个锁紧结构运动的同步性。5、本发明采用多通道输油方式，可以根据流量控制通道开关，四个手动闸板阀构成的辅助通道，在原油泄漏量较大或者油量激增的情况下闸板阀打开确保所述装置的正常工作。6、本发明通过采用四通转接头和两个转接通道构成多通道结构，一个通道用来抑制控油装置顶端处甲烷结晶化合物的形成，另一个通道通过侧边的管道实施引燃以减小内部泄露压力。

附图说明

图1是本发明总体结构图；

图2是本发明对接机构结构图；

图3是本发明对接机构剖视图；

图4是本发明锁紧机构结构图；

图5是本发明锁紧机构剖视图；

图6是本发明转接机构结构图；

图7是本发明流量调节机构结构图；

图8是本发明保护框架结构图。

图中主要标号说明：

1.对接机构，2.锁紧机构，3.转接机构，4.流量调节机构，5.保护框架，6.连接法兰，7连接法兰，101.快速接头，102.锥形导向罩，103.导向套筒，104.弹簧，105.外部套筒，201.支撑基座，202.锁紧块，203.螺母丝杠，204.环形内齿轮，205.滚动轴承，206.连接套筒，207.滚动轴承下压板，208.轴承填料密封板，209.密封填料，210.密封圈，211.预锁紧结构，212.预锁紧盖板，213.ROV操作手柄，301.对接锁紧组件，302. 90°转角连接法兰，303.溢流阀，304. 90°转角连接法兰，305.对接锁紧组件，306. 90°转角连接法兰，307.手动闸板阀，308. 90°转角连接法兰，309.四通转接头，310.手动闸板阀，401.粗转接头，402.流量转接缸盖，403.流量转接缸筒，404.细转接头，405.手动闸板阀。

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1-8，本发明主要由对接机构1、锁紧机构2、转接机构3、流量调节机构4和保护框架5组成。保护框架5通过螺栓连接安装在控油罩外壳钢板顶部；所述的对接锁紧组件、转接结构和流量调节机构两端分别与转接法兰连接，再通过螺栓连接将连接法兰安装在保护框架上；所述的ROV操作手柄分别安装在锁紧组件、快速接头上。对接结构1安装在锁紧机构2的支撑基座201上，再作为整体通过连接法兰7安装在保护框架5上；转接机构3中的手动闸板阀310通过螺栓连接在连接法兰7上，转接机构3中的四通转接头309底部通过螺栓连接到连接法兰6上，再作为整体安装在保护框架5上；流量调节机构4中的大直径转接头401、小直径转接头404和手动闸板阀405分别通过螺栓连接安装在连接法兰6和保护框架5上。

保护框架是外部钢结构构成的框架，可以在复杂的深水海洋环境下保护转接装置的多个机构，保护框架设有多层隔板，方便控油装置的多个机构安装在保护框架上，提高了整体结构的稳定性。

所述的对接机构包括锥形导向罩、快速接头、弹簧、ROV操作手柄、导向套筒和外部套筒。锥形导向罩的具有弧度的金属骨架橡胶结构，增大了锥形导向罩的开口范围，降低对接难度，减小撞击的同时可以降低锥形导向罩在水下所受海流力。锥形导向罩、弹簧和套筒构成组合式对接结构，将动静对接变为动动对接，所述的弹簧安装在导向套筒外部，并与导向套筒一同安装在外部套筒里实现缓冲；所述的锥形导向罩通过焊接安装在导向套筒上；所述的ROV操作手柄焊接在快速接头上便于ROV实现输油管道与控油转接装置的对接。对接机构1通过外部套筒105安装在锁紧机构2上，导向套筒103安装在外部套筒105内部，在快速接头下放过程起到导向作用；锥形导向罩102通过焊接安装在导向套筒103顶部，当快速接头通过ROV达到预定对接位置时锥形导向罩起到降低对接难度，在较大范围内实现导向的作用；弹簧104安装在导向套筒103外部，在对接过程通过压缩和回弹可以实现能量的释放，起到缓冲的作用。

所述的锁紧机构包括预锁紧结构、支撑基座、锁紧块、丝杠螺母、环形内齿轮、连接套筒、圆柱滚子轴承、下压板、ROV操作手柄、密封圈和密封填料。预锁紧结构安装在支撑基座内部，6个预锁紧结构沿周向均匀分布实现对接的初步锁紧定位；所述的螺母丝杠安装在支撑基座的外部，6个螺母丝杠沿周向均匀分布实现对快速接头的锁紧；所述的滚动轴承安装在支撑基座外部；所述的连接套筒安装在滚动轴承上，同时另一端安装在环形内齿轮上实现内齿轮周向转动；所述的ROV操作手柄焊接在连接套筒外侧实现手动锁紧；所述的密封圈安装在连接套筒上部和支撑基座内部实现对滚动轴承顶部和转接结构的密封，所述的密封填料安装在连接套筒底端实现对滚动轴承底部的密封。锁紧机构2通过支撑基座201安装在保护框架5上，支撑基座底部通过螺栓与连接法兰7相连接，再将连接法兰7通过螺栓安装在保护框架5上；锁紧机构2中的预锁紧结构211安装在支撑基座201凹槽内，再通过预锁紧盖板212通过螺栓连接安装在支撑基座201上，四个预锁紧结构211沿支撑基座201轴向均匀分布，该结构在快速接头下放到预定位置时实现快速接头101的初步固定；螺母丝杠203通过支撑套安装在支撑基座201的外部并且沿周向均匀分布，通过螺母丝杠的转动可以实现锁紧块的位置变化，从而实现对接装置的锁紧；锁紧块202通过销轴连接安装在支撑基座201外部支撑架上且沿周向均匀分布，可以确保沿周向锁紧块运动的同步性；环形内齿轮204安装在支撑基座201外部，底端通过螺栓连接在连接套筒206上，当快速接头101达到预定位置并实现预锁紧时，环形内齿轮的运动可以带动与之相啮合的丝杠螺母从而实现锁紧；连接套筒206安装在滚动轴承205外部并由滚动轴承205上端作为支撑；滚动轴承205安装在支撑基座201外圈，底端通过滚动轴承下压板207固定；滚动轴承下压板207通过螺栓连接安装在支撑基座201外部，并与轴承填料密封板208通过螺栓连接，实现轴承的密封；ROV操作手柄213通过焊接安装在连接套筒206外部，通过操作该手柄实现锁紧运动。

所述的转接机构包括四通转接头、对接锁紧组件、手动闸板阀、溢流阀、ROV操作手柄、90度转角连接法兰。所述的手动闸板阀两端分别通过螺栓安装在连接法兰和四通转接头上；所述的四通转接阀通过螺栓与连接法兰连接并安装在保护框架上；所述的90度转角连接法兰对称安装在四通转接头的两端；所述的溢流阀和闸板阀分别安装在90度转角连接法兰上，实现通道的关闭；所述的溢流阀和闸板阀的另一端分别通过螺栓连接在另一组90度转角连接法兰；所述的另一组90度转角连接法兰的另一端分别通过螺栓连接安装对接锁紧组件，实现与快速接头接头的对接。转接机构3通过手动闸板阀310安装在连接法兰7上，连接法兰7通过螺栓连接与保护框架5连接；手动闸板阀310的另一端通过螺栓连接安装到四通转接头309上；四通转接头309底端通过螺栓与连接法兰6连接并安装在保护框架5上；90度转角连接法兰302、306通过螺栓连接对称安装在四通转接头309的两侧实现对接锁紧组件与四通转接头309的连接；溢流阀303和闸板阀307分别安装在90度转角连接法兰302、306的另一端，溢流阀在控油转接装置内部油压过大的情况打开，通过该通道实施引燃以减小内部泄露压力，通过闸板阀的开启可以实现化学剂的注入，来抑制控油装置顶端处甲烷结晶化合物的形成；每侧再将另外两个90度转角连接法兰304、308的一端分别通过螺栓连接安装在溢流阀303和闸板阀306上，另一端通过螺栓与锁紧机构2的支撑基座201底部法兰连接。

所述的流量调节组件包括手动闸板阀、大直径转接头、小直径转接头、流量转接缸盖和流量转接缸筒。所述的流量转接缸盖通过螺栓连接在流量转接缸筒上构成密闭容器；所述的大直径转接头通过螺栓连接安装在流量转接缸盖中央实现原油的输送；所述的小直径转接头通过螺栓连接安装在流量转接缸筒底部中央作为原油运输的主通道，小直径转接头的另一端通过螺栓连接在保护框架上；所述的手动闸板阀通过螺栓连接沿圆周均匀安装在流量转接缸筒底部，闸板阀的另一端安装在保护框架上作为原油运输的辅助通道。流量调节组件4通过粗转接头401(大直径转接头)与连接法兰6连接，连接法兰6通过螺栓安装在保护框架5上，流量转接缸盖402通过螺栓连接安装在流量转接缸筒403顶部，形成一个两端通口的容器；大直径转接头一端通过螺栓安装在流量转接缸盖402上，较大直径可以适应下面不同数量小直径转接头的开闭；另一端通过螺栓连接安装在保护框架5上；小直径转接头404通过螺栓连接安装在流量转接缸403底部中央；四个手动闸板阀405通过螺栓连接在流量转接缸403底部四周均匀分布，可以在内部原油泄漏量较大的情况下实现多通道开启，实现流量的调节；小直径转接头404和手动闸板阀405的另一端通过螺栓连接安装在保护框架5上。

本发明的快速接头下放过程中先由预锁紧结构实现初步的定位，再通过转动ROV操作手柄使圆形内齿轮转动，内齿轮带动丝杠螺母运动从而使得锁紧块抱住带有凹槽的快速接头，最终实现锁紧。流量调节组件是四个手动闸板阀构成的辅助通道，可以在原油泄漏量较大或者油量激增的情况下打开，调节控油转接装置的流量，确保所述装置的正常工作。转接机构是四通转接头和两个转接通道构成的多通道结构，一侧连接化学剂注入管线，来抑制控油装置顶端处甲烷结晶化合物的形成；另一侧连接应急管道，当压力过大，辅助通道打开也无法控制内部油压的情况下，通过侧边的管道实施引燃以减小内部泄露压力。

本发明工作过程：

水下应急控油罩的转接装置在下放前将控油装置框架5通过螺栓连接安装在水下应急控油装置的顶部钢板上，并随着水下应急控油装置一同下放入水。

在水下应急控油转接装置下放过程中，流量调节机构4中的手动闸板阀404、405处于关闭状态，转接机构3中的手动闸板阀307、310处于关闭状态。

当水下应急转接装置顺利罩住泄漏点后，由ROV携带的快速接头101通过锥形导向罩102进入导向套筒103，并通过预锁紧结构210实现对快速接头的预锁紧，当快速接头101运动到支撑基座201底部时，通过ROV旋转ROV操作手柄213带动锁紧块202实现水下控油罩的转接装置与快速接头101的连接锁紧。转接机构3中的对接锁紧组件301、305的对接锁紧过程同上。

当实现对接锁紧过程后，依次打开流量调节机构4中的手动闸板阀404、405，转接机构3中的手动闸板阀307、310，从而实现泄露原油的转接。

综上，本发明公开了一种水下应急控油罩的转接装置，包括保护框架、对接机构、锁紧机构、转接机构、连接法兰、和流量调节机构。所述的对接机构包括快速接头、锥形导向罩、导向套筒和弹簧；所述的锁紧机构包括四通转接头、对接锁紧组件、90°转角连接法兰、手动闸板阀和溢流阀。

本发明通过对接机构1实现快速接头与转接装置的对接，该机构通过弹簧实现对接过程的缓冲；锁紧机构2通过预锁紧结构实现快速接头的初步定位，同时螺母丝杠和齿轮作为驱动结构，通过ROV操作手柄实现快速接头的锁紧；转接机构3中有两个专用通道，可以分别抑制化合物的生成和减小装置内部压力；流量调节机构4通过对多个手动闸板阀的控制，实现对泄漏原油的多通道回收，可以针对油量泄漏的变化及时调整，适应性更强；保护框架5通过外部的钢框架结构将转接装置各机构保护在其内部，同时保护框架内部设计有多层隔板，将转接装置各机构分别与隔板连接，提高了整体结构的稳定性。

Claims (6)

1.一种水下应急控油罩的转接装置，其特征在于：包括保护框架、对接锁紧组件、转接机构和流量调节机构，所述保护框架是四层框架结构，中间两层分别设置有上连接法兰和下连接法兰，对接锁紧组件设置在上连接法兰上，转接机构设置在上连接法兰与下连接法兰之间，流量调节机构设置在保护框架的底层，转接机构上也设置有两组对接锁紧组件。

2.根据权利要求1所述的一种水下应急控油罩的转接装置，其特征在于：对接锁紧组件对接机构和锁紧机构，锁紧机构包括与上连接法兰连接的支撑基座、设置在支撑基座外部下段上滚动轴承、设置在滚动轴承外端的连接套筒、用于固定滚动轴承的的滚动轴承下压板、与连接套筒上端固连的环形内齿轮、设置在连接套筒外表面的ROV操作手柄、通过支撑套对称设置在支撑基座外的至少四组螺母丝杠、铰接在丝杠上端的锁紧块，锁紧块设置在支撑基座对应的槽孔里，丝杠螺母的螺母与环形内齿轮啮合，所述支撑基座的上段周向上设置有至少与锁紧块个数相等的预锁紧结构；对接机构包括设置在支撑基座上端的外部套筒、设置在外部套筒内的导向套筒、设置在导向套筒与外部套筒之间的弹簧、设置在导向套筒上端的锥形导向罩、设置在导向套筒内的快速接头，快速接头下端设置有与锁紧块配合的凹槽。

3.根据权利要求2所述的一种水下应急控油罩的转接装置，其特征在于：所述丝杠螺母有六组，对应的凹槽也有六个。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种水下应急控油罩的转接装置，其特征在于：所述转接机构包括与上连接法兰连接的手动闸板阀、与手动闸板阀下端连接的四通接头、设置在四通接头相对的两侧面上两个90度转角连接法兰一、分别设置在两个90度转角连接法兰一端部的溢流阀和闸板阀、分别与溢流阀和闸板阀连接的两个90度转角连接法兰二，四通接头的下端与下连接法兰的上端连接，两组对接锁紧组件的支撑基座分别与两个90度转角连接法兰二连接。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种水下应急控油罩的转接装置，其特征在于：所述流量调节组件包括与下连接法兰连接的粗转接头、与粗转接头下端连接的流量转接缸盖、设置在流量转接缸盖下端的流量转接缸筒、设置在保护框架底层的细转接头和手动闸板阀，细转接头与流量转接缸筒下端的中间位置连接，手动闸板阀有四个，对称布置在细转接头周围，手动闸板阀的上端与流量转接缸筒连接。

6.根据权利要求5所述的一种水下应急控油罩的转接装置，其特征在于：所述流量调节组件包括与下连接法兰连接的粗转接头、与粗转接头下端连接的流量转接缸盖、设置在流量转接缸盖下端的流量转接缸筒、设置在保护框架底层的细转接头和手动闸板阀，细转接头与流量转接缸筒下端的中间位置连接，手动闸板阀有四个，对称布置在细转接头周围，手动闸板阀的上端与流量转接缸筒连接。

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