CN111922660B - 一种应用于深海设备安装的导向柱 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应用于深海设备安装的导向柱，包括锁紧机构、固定机构和连接机构，锁紧机构和固定机构通过连接机构连接；通过旋动解锁套可将导向柱固定或解锁；顶锥头和外筒底座的外壁面各安装二个对称的吊环螺母用于吊装；顶锥头轴向凹槽内装有二个弹簧插销，可以减少顶锥头与解锁套的摩擦力；连接机构的内轴上套有内轴支撑块，可以减轻连接机构运动过程中内轴过长产生的变形，保证了工程的质量，提高了工程的可靠性。

Description

一种应用于深海设备安装的导向柱
技术领域
本发明涉及一种导向柱，尤其涉及一种应用于深海设备安装的导向柱。
背景技术
石油作为一种不可再生资源，随着不断地消耗，陆地上有限的石油资源已不能满足人类日益增长的需求。因此海洋油气资源的勘探开发已经成为世界各工业国关注的重点和焦点。我国海洋油气开发能力经过几十年的努力虽然有了质的飞跃，但与发达国家相比，海洋油气的勘查与开采能力相对不足。目前，我国近海原油探明率不足20％，天然气探明率不足10％，且70％的油气储量位于深水海域。渤海、东海、南海北部三大石油勘探区，石油资源勘探正式进入起步期，海洋油气资源的勘探开发主要采用水下生产系统，水下生产系统主要包括：海底油井、采油树、连接器、跨接管、管汇和立管等部分。但是由于海底工作环境的特殊性，例如洋流、海底的可见度等等，给生产系统设备的安装带来了很多问题。于是人类针对海底设备的安装方面做出了很多的思考，例如在生产设备上设计导向机构、水下机器人辅助安装等等，但单一的导向机构不足以将生产设备正确安装，必须设置多个导向，且设计的导向机构会影响后续工作的进行，等等原因给生产设备的设计和安装带来了极大的难题。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种适用于深海设备安装的导向柱，该导向柱在水下可由远程遥控机器人安装和拆卸，操作简单，不影响后续工作的进行，有效的提高了工作的效率；该导向柱能实现自锁，减轻了水下安装的负担，提高了工程的可靠性。
本发明的目的是这样实现的：包括锁紧机构、固定机构、用于连接锁紧机构和固定机构的连接机构，所述锁紧机构包括顶锥头、设置在顶锥头外的解锁套、设置在顶锥头与解锁套之间的球导向，球导向上等间距设置有通孔，每个通孔中设置有钢球，钢球与顶锥头外表面接触配合；所述连接机构包括与顶锥头端部连接的连接轴、与连接轴连接的内轴、与球导向连接的外筒、与内轴端部连接的解锁头、套在解锁头上的解锁头限位板；所述固定机构包括与外筒连接的外筒底座、设置在外筒底座下端内的固定底座、与外筒底座上端连接的锁槽，锁槽壁面对称设置有两个矩形孔，矩形孔中安放锁块并通过销连接锁块构成转动销钉，矩形孔的侧壁孔中插入有钢筋并与锁槽连接，解锁头横截面头部呈楔形，当连接机构向上运动时解锁头对锁块头部作用使其回转，解除固定机构的自锁；连接机构向下运动时逐渐解除对锁块头部作用力，使锁块尾部卡入安装底座。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.解锁套的轴向截面内圈设置有呈60°分布的6个圆弧60°环状槽，通孔和钢球有6个，顶锥头外壁面有一圈环槽，钢球置于顶锥头环槽、球导向通孔和60度环状槽构成的空间中，导向柱锁定时钢球位于顶锥头的环槽与球导向的通孔内，解锁时钢球位于解锁套的圆弧与球导向的通孔内。
2.球导向的轴向有二个对称的60°环状槽，环状槽内插入二个销实现球导向与解锁套的连接；解锁套的壁面一个限位孔，孔内插入和顶锥头连接的定位销。
3.在顶锥头与解锁套的接触面设置有两个小孔，小孔中安装有弹簧插销。
4.内轴上设置有内轴支撑块。
5.顶锥头和外筒底座的外侧分别设置有吊环螺母。
6.导向柱固定时，通过旋转解锁套，将钢球从解锁套的60°环状槽中顶入顶锥头的环槽中，此时，连接机构不能轴向窜动；导向柱解锁时，ROV首先将解锁套旋转至解锁标记位置，然后拔出解锁套固定销，利用机械手作用于顶锥头带动连接销、内轴等部件轴向窜动，顶锥头将钢球顶回解锁套的60°环状槽中，内轴带动解锁头作用锁块头部使其回转，从而解除固定机构的自锁。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的导向柱在水下可由远程遥控机器人安装和拆卸，操作简单，不影响后续工作的进行，有效的提高了工作的效率；该导向柱能实现自锁，减轻了水下安装的负担，提高了工程的可靠性。
附图说明
图1为本发明一种应用于深海设备安装的导向柱的锁紧机构分解图。
图2为本发明一种应用于深海设备安装的导向柱的固定结构分解图。
图3为本发明一种应用于深海设备安装的导向柱的剖视图。
图4为本发明一种应用于深海设备安装的导向柱的解锁机构解锁横截面示意图。
图5为本发明一种应用于深海设备安装的导向柱的解锁机构解锁剖视图。
图6为本发明一种应用于深海设备安装的导向柱的固定机构解锁示意图。
图中主要标号说明：1顶锥头、2吊环螺母、3弹簧插销、4解锁套固定销、5解锁套、6钢球、7球导向、8销、9大连接销、10螺钉、11连接轴、12大螺母、13内轴、14外筒、15内轴支撑块、16销、17定位钉、18解锁头、19螺钉、20螺钉、21解锁头限位板、22锁槽、23钢筋定位钉、24钢筋固定钉、25钢筋、26销钉、27锁块、28螺钉、29吊环螺母、30外筒底座、31固定底座、1’顶锥头环槽、2’限位孔、3’60度环状槽、4’通孔。
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。
如图1、图2、图3所示，本发明提供一种应用于深海设备安装的导向柱，其中锁紧机构包括一个顶锥头1、一个解锁套5、二个弹簧插销3、一个球导向7、六个钢球6、二个吊环螺母2、二个解锁套固定销4；连接机构包括一个解锁头18、一个解锁头限位板21、一个内轴13、一个内轴支撑块15、一个定位钉17、一个外筒14、一个大螺母12、一个连接轴11、一个大连接销9、二个销16；固定机构包括一个锁槽22、四个锁块27、四个钢筋25、四个销钉26、一个外筒底座30、一个固定底座31、二个吊环螺母29。锁紧机构和固定机构通过连接机构连接，导向柱解锁时外部设备可通过顶锥头的中心通孔处作用于连接机构完成导向柱的固定与拆卸。解锁套的轴向截面内圈有呈60°分布的6个圆弧，球导向的轴向有二个对称的60°环状槽及壁面有6个通孔，环状槽内插入二个销与解锁套连接，顶锥头外壁面有一圈环槽，导向柱锁定时钢球位于顶锥头的环槽与球导向的通孔内，解锁时钢球位于解锁套的圆弧与球导向的通孔内，可通过旋动解锁套解除解锁套对钢球的限位。解锁套的壁面一个限位孔，孔内插入和顶锥头连接的定位销，可限制解锁套旋转60°。顶锥头轴向凹槽内装有二个弹簧插销，可以减少顶锥头与解锁套的摩擦力。连接机构的内轴上套有内轴支撑块，可以减轻连接机构运动过程中内轴过长产生的变形。连接机构的解锁头限位板与锁槽通过螺钉连接，可以对解锁头的轴向运动起到限位作用。
前述的一种应用于深海设备安装的导向柱，其中：锁块由销作为轴和锁槽连接构成回转副，支撑钢筋限制其回转角度。解锁头横截面头部呈楔形，当连接机构向上运动时解锁头对锁块头部作用使其回转，从而解除固定机构的自锁；连接机构向下运动时逐渐解除对锁块头部作用力，使锁块尾部卡入安装底座。顶锥头和外筒底座的外壁面各安装二个对称的吊环螺母用于吊装。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，本发明一种应用于深海设备安装的导向柱的锁紧机构和固定机构通过连接机构连接，导向柱解锁时外部设备可通过顶锥头1的中心通孔处作用于连接机构完成导向柱的固定与拆卸。解锁套5的轴向截面内圈有呈60°分布的6个圆弧3’，球导向7的轴向有二个对称的60°环状槽及壁面有6个通孔4’，环状槽内插入二个销9与解锁套5连接，顶锥头1外壁面有一圈环槽1’，导向柱锁定时钢球6位于顶锥头1的环槽1’与球导向的通孔内，解锁时钢球6位于解锁套5的圆弧与球导向7的通孔内，可通过旋动解锁套5解除解锁套5对钢球6的限位。解锁套5的壁面一个限位孔2’，孔内插入和顶锥头1连接的固定销4，可限制解锁套5旋转60°。顶锥头1轴向凹槽内装有二个弹簧插销3，可以减少顶锥头1与解锁套5的摩擦力。连接机构的内轴13上套有内轴支撑块15，可以减轻连接机构运动过程中内轴13过长产生的变形。连接机构的解锁头限位板21与锁槽22通过螺钉20连接，可以对解锁头18的轴向运动起到限位作用。锁块27由销26作为轴和锁槽22连接构成回转副，支撑钢筋25限制其回转角度。解锁头18横截面头部呈楔形，当连接机构向上运动时解锁头18对锁块27头部作用使其回转，从而解除固定机构的自锁；连接机构向下运动时逐渐解除对锁块27头部作用力，使锁块27尾部卡入固定底座31。顶锥头1和外筒底座30的外壁面各安装二个对称的吊环螺母2、29用于吊装。
本发明一种应用于深海设备安装的导向柱装配时：顶锥头1通过连接销9与连接轴连接，弹簧插销3置于顶锥头1的小孔中；解锁套5通过销8和球导向连接，解锁套固定销4穿过解锁套5的壁面限位孔2’连接顶锥头1；钢球6置于顶锥头环槽1’、球导向通孔4’和60度环状槽3’构成的空间中；外筒14右端通过螺钉10与球导向连接，左端通过螺钉19固定于外筒底座30；内轴13右端与连接轴11通过螺纹连接，大螺母12在其中起着紧固的作用，内轴13左端与解锁头18通过螺纹连接，定位钉17定位于解锁头18内孔中，与内轴13接触；内轴支撑块15套于内轴13的长轴上，通过销16固定；锁槽22通过螺钉20与外筒底座30连接，壁面的矩形孔中安放锁块27，并通过销26连接锁块构成转动销钉；钢筋25插入锁槽22矩形孔的侧壁孔处，钢筋定位钉23、钢筋固定钉24各自插入锁槽22的螺纹孔中固定钢筋；解锁头限位板21套于解锁头18小径轴上，通过螺钉20与锁槽22连接；固定底座与导向柱其他构件无联接。吊环螺母2、吊环螺母29分别连接于顶锥头1和外筒底座30外侧壁呈180°。该导向柱长约四米长，可由顶部的锁紧机构控制导向柱的固定与解锁；在外筒14外壁设置了固定与解锁的标记，可依照标记进行操作。
本发明一种应用于深海设备安装的导向柱的工作原理及优点：
1、导向柱首先通过吊车吊装，并依靠ROV辅助插入预先安装好固定底座31中；如图4、图5、图6所示，导向柱固定时，通过旋转解锁套，将钢球从解锁套的60度环状槽中顶入顶锥头的环槽中，此时，连接机构不能轴向窜动；导向柱解锁时，ROV首先将解锁套旋转至解锁标记位置，然后拔出解锁套固定销，利用机械手作用于连接销带动顶锥头、内轴等部件轴向窜动，顶锥头将钢球顶回解锁套的60度环状槽中，内轴带动解锁头作用锁块27头部使其回转，从而解除固定机构的自锁。
2、应用于深海设备安装的导向柱具有固定与解锁功能，增加了设备安装的安全性，提高了工程的可靠性。
3、应用于深海设备安装的导向柱的外筒底座30设计为锥面定位，有利于导向柱的安装工作。
4、应用于深海设备安装的导向柱可在顶部进行解锁与固定，减轻了ROV的工作量，提升了整个工程的效率。
5、应用于深海设备安装的导向柱在顶锥头1与解锁套5的贴合位置设置了弹簧插销3，减小了解锁套5旋转时与顶锥头1接触产生的摩擦力，提高了整个工程的质量。
6、应用于深海设备安装的导向柱为保证导向高度设置长度为4米长，为了防止内轴13在解锁过程中导致弯曲变形，设置了内轴支撑块15增加其刚性。
综上，本发明提供一种应用于深海设备安装的导向柱，所述的导向柱包括锁紧机构、固定机构和连接机构，其中锁紧机构包括一个顶锥头、一个解锁套、二个弹簧插销、一个球导向、二个钢球，固定机构包括一个解锁头、一个锁槽、4个锁块、4个支撑筋、4个销、一个外筒底座、一个安装底座，连接机构包括一个内轴、一个内轴支撑块、一个定位钉、一个外筒、一个大螺母、一个连接轴、一个连接销。其改进之处是：锁紧机构和固定机构通过连接机构连接；通过旋动解锁套可将导向柱固定或解锁；顶锥头和外筒底座的外壁面各安装二个对称的吊环螺母用于吊装；顶锥头轴向凹槽内装有二个弹簧插销，可以减少顶锥头与解锁套的摩擦力；连接机构的内轴上套有内轴支撑块，可以减轻连接机构运动过程中内轴过长产生的变形，保证了工程的质量，提高了工程的可靠性。

Claims (10)

1.一种应用于深海设备安装的导向柱，其特征在于：包括锁紧机构、固定机构、用于连接锁紧机构和固定机构的连接机构，所述锁紧机构包括顶锥头、设置在顶锥头外的解锁套、设置在顶锥头与解锁套之间的球导向，球导向上等间距设置有通孔，每个通孔中设置有钢球，钢球与顶锥头外表面接触配合；所述连接机构包括与顶锥头端部连接的连接轴、与连接轴连接的内轴、与球导向连接的外筒、与内轴端部连接的解锁头、套在解锁头上的解锁头限位板；所述固定机构包括与外筒连接的外筒底座、设置在外筒底座下端内的固定底座、与外筒底座上端连接的锁槽，锁槽壁面对称设置有两个矩形孔，矩形孔中安放锁块并通过销连接锁块构成转动销钉，矩形孔的侧壁孔中插入有钢筋并与锁槽连接，解锁头横截面头部呈楔形，当连接机构向上运动时解锁头对锁块头部作用使其回转，解除固定机构的自锁；连接机构向下运动时逐渐解除对锁块头部作用力，使锁块尾部卡入安装底座。
2.根据权利要求1所述的一种应用于深海设备安装的导向柱，其特征在于：解锁套的轴向截面内圈设置有呈60°分布的6个圆弧60°环状槽，通孔和钢球有6个，顶锥头外壁面有一圈环槽，钢球置于顶锥头环槽、球导向通孔和60度环状槽构成的空间中，导向柱锁定时钢球位于顶锥头的环槽与球导向的通孔内，解锁时钢球位于解锁套的圆弧与球导向的通孔内。
3.根据权利要求1或2所述的一种应用于深海设备安装的导向柱，其特征在于：球导向的轴向有二个对称的60°环状槽，环状槽内插入二个销实现球导向与解锁套的连接；解锁套的壁面一个限位孔，孔内插入和顶锥头连接的定位销。
4.根据权利要求1或2所述的一种应用于深海设备安装的导向柱，其特征在于：在顶锥头与解锁套的接触面设置有两个小孔，小孔中安装有弹簧插销。
5.根据权利要求4所述的一种应用于深海设备安装的导向柱，其特征在于：内轴上设置有内轴支撑块。
6.根据权利要求1所述的一种应用于深海设备安装的导向柱，其特征在于：顶锥头和外筒底座的外侧分别设置有吊环螺母。
7.根据权利要求2所述的一种应用于深海设备安装的导向柱，其特征在于：导向柱固定时，通过旋转解锁套，将钢球从解锁套的60°环状槽中顶入顶锥头的环槽中，此时，连接机构不能轴向窜动；导向柱解锁时，ROV首先将解锁套旋转至解锁标记位置，然后拔出解锁套固定销，利用机械手作用于顶锥头带动连接销、内轴轴向窜动，顶锥头将钢球顶回解锁套的60°环状槽中，内轴带动解锁头作用锁块头部使其回转，从而解除固定机构的自锁。
8.根据权利要求3所述的一种应用于深海设备安装的导向柱，其特征在于：导向柱固定时，通过旋转解锁套，将钢球从解锁套的60°环状槽中顶入顶锥头的环槽中，此时，连接机构不能轴向窜动；导向柱解锁时，ROV首先将解锁套旋转至解锁标记位置，然后拔出解锁套固定销，利用机械手作用于顶锥头带动连接销、内轴轴向窜动，顶锥头将钢球顶回解锁套的60°环状槽中，内轴带动解锁头作用锁块头部使其回转，从而解除固定机构的自锁。
9.根据权利要求4所述的一种应用于深海设备安装的导向柱，其特征在于：导向柱固定时，通过旋转解锁套，将钢球从解锁套的60°环状槽中顶入顶锥头的环槽中，此时，连接机构不能轴向窜动；导向柱解锁时，ROV首先将解锁套旋转至解锁标记位置，然后拔出解锁套固定销，利用机械手作用于顶锥头带动连接销、内轴轴向窜动，顶锥头将钢球顶回解锁套的60°环状槽中，内轴带动解锁头作用锁块头部使其回转，从而解除固定机构的自锁。
10.根据权利要求5所述的一种应用于深海设备安装的导向柱，其特征在于：导向柱固定时，通过旋转解锁套，将钢球从解锁套的60°环状槽中顶入顶锥头的环槽中，此时，连接机构不能轴向窜动；导向柱解锁时，ROV首先将解锁套旋转至解锁标记位置，然后拔出解锁套固定销，利用机械手作用于顶锥头带动连接销、内轴轴向窜动，顶锥头将钢球顶回解锁套的60°环状槽中，内轴带动解锁头作用锁块头部使其回转，从而解除固定机构的自锁。
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