CN111981219A - 单点系泊水下流体旋转接头 - Google Patents

Abstract

一种单点系泊水下流体旋转接头，包括第一连接管、连接第一连接管的转动机构、内置于转动机构的密封机构、及连接转动机构的第二连接管；第一连接管用于连接海底管线；转动机构包括连接第一连接管的定环、连接定环的动环、及分别连接定环与动环相对两端的封板与轴承；定环、动环及封板形成环形流体通道；动环用于绕定环转动，封板用于绕定环转动；密封机构包括连接定环与封板的第一密封件、及连接定环与动环的第二密封件；第二连接管用于连接外部设备。本单点系泊水下流体旋转接头通过第一连接管、环形流体通道及第二连接管实现流体输送；通过密封机构紧密密封转动机构，安全可靠；本水下流体旋转接头结构简单、密封性能佳，也可应用于水上。

Description

单点系泊水下流体旋转接头

技术领域

本发明涉及海洋工程的流体输送设备技术领域，特别是涉及一种结构简单的单点系泊水下流体旋转接头。

背景技术

单点系泊，一般来讲，是指海洋工程建筑物通过一个系泊点系固于海上，建筑物围绕该系泊点可以作360度回转，由于风标效应，建筑物将会顺应在环境力最小的位置上。旋转接头是保证单点系泊系统固定部分(一般是海底管线)和转动部分(一般是FPSO或油船)之间进行流体连续、安全输送的关键装置，是单点系泊系统的核心装置。

流体旋转接头的结构形式主要分为轴向旋转接头和径向旋转接头，具体形式取决于油田生产设施或输液终端对旋转接头的功能要求，如传输介质、流体压力、温度、流量、通道类型、通道数量等。旋转接头密封面之间为缓慢、不规则的间断性回转运动，属于接触式动态旋转密封，密封形式按密封件的位置可分为径向(圆周)密封和轴向(端面)密封，按照密封原理，可供选择的密封结构形式包括填料密封、油封密封、机械密封等。

流体旋转接头具有间歇性工作的特点，其在旋转的同时还需进行液体介质的输送，这要求大直径动态不规则缓慢回转密封技术要可靠，而密封性能是制约旋转接头发展的一个重要原因。现有技术中，由于密封性能，单点系泊旋转接头工作时一般位于水面以上；而用于水下的旋转接头一般结构复杂、安装条件苛刻。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种结构简单、密封性能佳的单点系泊水下流体旋转接头。

一种单点系泊水下流体旋转接头，包括第一连接管、连接所述第一连接管的转动机构、内置于所述转动机构的密封机构、及连接所述转动机构的第二连接管；所述第一连接管用于连接海底管线；所述转动机构包括连接所述第一连接管的定环、连接所述定环的动环、及分别连接所述定环与动环相对两端的封板与轴承；所述定环、动环及封板形成环形流体通道；所述动环用于绕定环转动，所述封板用于绕定环转动；所述密封机构包括连接所述定环与封板的第一密封件、及连接所述定环与动环的第二密封件；所述第二连接管用于连接外部设备。

本发明的单点系泊水下流体旋转接头通过第一连接管、环形流体通道及第二连接管实现流体输送；通过密封机构紧密密封转动机构，安全可靠；本单点系泊水下流体旋转接头结构简单、密封性能佳，也可应用于水上。

在其中一个实施例中，所述第一密封件轴向连接在所述定环与封板的密封面上；所述第二密封件轴向连接在所述定环与动环的密封面上。

在其中一个实施例中，所述密封机构还包括设置于所述第一密封件远离动环的一端的第一检测管道、及设置于所述第二密封件远离动环的一端的第二检测管道；所述第一检测管道的一端从所述封板连接定环的一侧延伸至所述封板远离定环的一端；所述第二检测管道的一端从所述动环连接定环的一侧延伸至所述动环远离定环的一端。

在其中一个实施例中，还包括泄漏报警机构；所述泄漏报警机构分别连接所述第一检测管道与第二检测管道。

在其中一个实施例中，所述转动机构还包括轴承罩；所述轴承罩罩住轴承；所述轴承罩的一端固连于所述定环。

在其中一个实施例中，所述密封机构还包括连接所述轴承罩与动环之间的第三密封件、连接所述轴承罩与定环之间的第一防漏件、及连接所述封板与动环之间的第二防漏件。

在其中一个实施例中，所述定环、动环及封板均采用耐蚀钢材料；所述第一密封件及第二密封件均为弹性补偿密封件。

在其中一个实施例中，还包括固定机构；所述固定机构包括连接所述动环外侧的吊耳、连接所述吊耳的连接件、及连接所述连接件的紧固件。

在其中一个实施例中，所述轴承包括内圈及连接内圈的外圈；所述内圈连接定环，所述外圈连接动环。

一种单点系泊水下流体旋转接头，包括第一连接管、连接所述第一连接管的转动机构、内置于所述转动机构的密封机构、及连接所述转动机构的第二连接管；所述第一连接管用于连接海底管线；所述转动机构包括连接所述第一连接管的定环、连接所述定环的动环、及连接所述定环与动环一端的轴承；所述定环及动环形成环形流体通道；所述动环绕定环转动；所述密封机构包括连接所述定环与动环的相对两端的第一密封件及第二密封件；所述第二连接管用于连接外部设备。

附图说明

图1为本发明的一实施例的单点系泊水下流体旋转接头的结构示意图；

图2为图1所示的单点系泊水下流体旋转接头中沿A-A方向的剖面图；

图3为图1所示的单点系泊水下流体旋转接头中圈B部分的放大示意图；

图4为图3中圈C的放大示意图；

图5为图3中沿D-D方向的剖面图；

图6为本发明的第二实施例的单点系泊水下流体旋转接头的局部放大图；

图7为本发明的第三实施例的单点系泊水下流体旋转接头的局部放大图。附图标注说明：

单点系泊水下流体旋转接头100；

第一连接管10、转动机构20、定环21、动环22、封板23、轴承24、内圈241、外圈242、环形流体通道25、轴承罩26、注脂通道261、排脂通道262；

密封机构30、第一密封件31、第二密封件32、第一检测管道33、第二检测管道34、第三密封件35、第一防漏件36、第二防漏件37、第二连接管40；

固定机构50、吊耳51、连接件52、紧固件53、第一固定件54、第二固定件55、定位块56；

单点系泊水下流体旋转接头100a；

转动机构20a、定环21a、动环22a、环形流体通道25a、密封机构30a、第一密封件31a、第一检测管道33a；

单点系泊水下流体旋转接头100b；

转动机构20b、定环21b、封板23b、环形流体通道25b、密封机构30b、第一密封件31b。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例一：

请参阅图1至图5，为本发明一较佳实施方式的一种单点系泊水下流体旋转接头100，包括第一连接管10、连接第一连接管10的转动机构20、内置于转动机构20的密封机构30、连接转动机构20的第二连接管40；第一连接管10用于连接海底管线；转动机构20包括连接第一连接管10的定环21、连接定环21的动环22、及分别连接定环21与动环22相对两端的封板23与轴承24；定环21、动环22及封板23形成环形流体通道25；动环22用于绕定环21转动，封板23用于绕定环21转动；密封机构30包括连接定环21与封板23的第一密封件31、及连接定环21与动环22的第二密封件32；第二连接管40用于连接外部设备。本单点系泊水下流体旋转接头100通过第一连接管10、环形流体通道25及第二连接管40实现流体输送；通过密封机构30紧密密封转动机构20，安全可靠。

如图1至图3所示，在本实施例中，第一连接管10的一端连接管线，另一端连接定环21。旋转接头设备100在定环21靠近封板23的一端通过螺栓与海底的基座(图未标)连接；动环22靠近封板23的一端通过螺栓与封板23连接。安装时，在基座上放置垫块，用于调整水平度。可选地，轴承24包括内圈241及连接内圈241的外圈242；内圈241连接定环21，外圈242连接动环22。内圈241通过螺栓与定环21连接，外圈242通过螺栓与动环22连接。为了防止海水对轴承24的影响，转动机构20还包括轴承罩26；轴承罩26罩住轴承24；轴承罩26的一端固连于定环21，轴承罩26与动环22之间可随轴承24发生相对旋转。可选地，轴承罩26通过螺栓连接定环21。进一步地，轴承罩26还设有注脂通道261及设于注脂通道261一侧的排脂通道262；各注脂通道261上下并排设置，注脂通道261与轴承24的注脂孔对应；排脂通道262设于注脂通道261下方，排脂通道262与轴承24的排脂孔对应；在本实施例中，在轴承罩26的一侧上下分别等角均布四个注脂通道261；在注脂通道261的下方等角均布八个排脂通道262。注脂通道261与排脂通道262在本单点系泊水下流体旋转接头100工作时用管螺纹螺塞封堵住，可缠绕生胶带或垫密封垫进行密封。为了防止海水的腐蚀影响，定环21、动环22、封板23及轴承罩26均采用耐蚀钢材料，如不锈钢材料；可选地，定环21、动环22、封板23及轴承罩26均采用双相不锈钢。在其他实施例中，定环21、动环22、封板23及轴承罩26均采用超级双相不锈钢、或镍基合金钢等材料。

请一并参阅图4，为了安装方便，第一密封件31轴向连接在定环21与封板23的密封面上；第二密封件32轴向连接在定环21与动环22的密封面上。为了保证密封效果，第一密封件31为三个，靠近环形流体通道25一侧的第一密封件31为主密封件，中间的第一密封件31为备用密封件；当主密封件发生泄漏时，备用密封件可起到保护的作用，远离动环22的第一密封件31为海水密封件，用于防止海底中的海水、海生物、海沙等侵入环形流体通道25内，第一密封件31的密封槽设于定环21上；第二密封件32为两个，靠近环形流体通道25一侧的第二密封件32为主密封件，另一个为备用密封件，当主密封件发生泄漏时，备用密封件可起到保护的作用；可选地，第二密封件32的密封槽设于定环21上；在其他实施例中，第一密封件31的密封槽设于封板23上，第二密封件32的密封槽设于动环22上。进一步地，第一密封件31及第二密封件32均为弹性补偿密封件，如弹簧蓄能密封圈，以确保密封效果。为了及时发现泄漏，密封机构30还包括设置于第一密封件31远离动环22的一端的第一检测管道33、及设置于第二密封件32远离动环22的一端的第二检测管道34；第一检测管道33的一端从封板23连接定环21的一侧延伸至封板23远离定环21的一端；第二检测管道34的一端从动环22连接定环21的一侧延伸至动环22远离定环21的一端。可选地，在第一密封件31的主密封件与备用密封件远离动环22的一侧各连接有第一检测管道33，各第一检测管道33不相贯通，相互独立，如图5所示；在第二密封件32远离动环22的一侧各连接有第二检测管道34，各第二检测管道34不相贯通，相互独立。第一密封件31与第二密封件32、第一检测管道33与第二检测管道34的结构相同，以下主要介绍第一密封件31与第一检测管道33。通过观察第一检测管道33中是否有液体流出来分别判断第一密封件31是否失效；由于密封泄漏是按顺序失效的，当只有一个第一检测流道33中有液体流出时，表明最接近液体的第一密封件31失效；若所有的第一检测流道33中都有液体流出，则表明所有的第一密封件31都已经失效，需要立即维修或更换。当不使用时，第一检测管道33的出口可用螺栓封堵密封，防止海水侵入。

在一具体实施例中，密封机构30还包括连接轴承罩26与动环22之间的第三密封件35、连接轴承罩26与定环21之间的第一防漏件36、及连接封板23与动环22之间的第二防漏件37。为了保护海水等侵入轴承24发生腐蚀，第三密封件35轴向连接于轴承罩26与动环22的密封面上；第一防漏件36设置于所述螺栓靠近动环22的一侧。各第二防漏件37分别设置于所述螺栓的两侧，靠近定环21的第二防漏件37用于密封环形流体通道25中的液体，远离定环21的第二防漏件37用于密封动环22外侧的海水。可选地，第三密封件35的密封槽设于动环22上，第一防漏件36的密封槽设于定环21上，第二防漏件37的密封槽设于动环22上；在其他实施例中，第三密封件35的密封槽设于轴承罩26上，第一防漏件36的密封槽设于轴承罩26上，第二防漏件37的密封槽设于封板23上。进一步地，第三密封件35为弹性补偿密封件，如弹簧蓄能密封圈；第一防漏件36与第二防漏件37均为O型橡胶密封圈，在本实施例中，第一防漏件36与第二防漏件37均为氢化丁氰(HNBR)材料的橡胶密封圈。为了便于发现泄漏，本单点系泊水下流体旋转接头100还包括泄漏报警机构(图未示)；泄漏报警机构分别连接第一检测管道33与第二检测管道34。当泄漏报警机构检测到第一检测管道33或第二检测管道34有液体时，会发出警报以提醒操作员。

本单点系泊水下流体旋转接头100还包括固定机构50；固定机构50包括连接动环22外侧的吊耳51、连接吊耳51的连接件52、及连接连接件52的紧固件53。吊耳51用于本单点系泊水下流体旋转接头100的吊装及锁紧连接件52。可选地，固定机构50还包括连接连接件52的第一固定件54、连接连接件52的第二固定件55、及连接基座的定位块56。第一固定件54焊接于连接件52靠近轴承24的一端，紧固件53位于吊耳51上方，第二固定件位于吊耳51下方，定位块56焊接于基座上。当本单点系泊水下流体旋转接头100需要进行运输或维护时，连接件52应锁紧在基座上，将连接件52穿设吊耳51后，通过拧第一固定件54和紧固件53，使连接件52插入定位块56，接着，拧紧紧固件53和第二固定件55，使紧固件53与第二固定件55锁紧在吊耳51上，从而固定吊耳51、连接件52及基座，此时动环22将无法相对定环21旋转，设备处于锁紧状态。此时，轴承罩26的注脂通道261和排脂通道262，正好与轴承24的注脂孔及排脂孔相对应，维护人员可在设备锁紧状态下进行润滑维护。可选地，连接件52为螺纹杆、紧固件53为活动螺母、第一固定件54为六角螺头、第二固定件55为活动螺母。进一步地，吊耳51为三个，三个吊耳51等角均布；连接件52为三个。

在一具体实施例中，定环21、动环22、封板23及轴承罩26均采用双相钢材料，并且第一密封件31、第二密封件32及第三密封件35均为弹簧蓄能密封圈，封板23与第一密封件31的密封面、动环22与第二密封件32的密封面、及轴承罩26与第三密封件35的密封面均应进行表面硬化处理形成表面硬化处理层(图未标)，该表面硬化处理可以选择堆焊、喷涂、激光熔覆或渗氮处理等工艺。可选地，在本实施例中的所有螺栓及螺塞均采用镍基合金材料。

使用本单点系泊水下流体旋转接头100时，将第一连接管10连接海底管线，第二连接管40连接外部设备，形成第一连接管10、环形流体通道25及第二连接管40的液体输送通道。当泄漏报警机构发出警报时，需及时维护密封机构30。当需要进行运输或维护时，连接件52锁紧在基座上，设备处于锁紧状态，维护人员可对轴承24进行润滑维护。

本单点系泊水下流体旋转接头100通过第一连接管10、环形流体通道25及第二连接管40实现流体输送；通过密封机构30紧密密封转动机构20，安全可靠；本单点系泊水下流体旋转接头100结构简单、密封性能佳，也可应用于水上。

实施例二：

请参阅图6，为本发明另一实施方式的一种单点系泊水下流体旋转接头100a，本实施例与上一个实施例的单点系泊水下流体旋转接头100相似，不同之处在于，本实施例的单点系泊水下流体旋转接头100a的转动机构20a包括定环21a、连接定环21a的动环22a、及连接定环21a与动环22a一端的轴承；定环21a及动环22a形成环形流体通道25a；密封机构30a包括连接定环21a与动环22a的相对两端的第一密封件31a及第二密封件。可选地，第一密封件31a轴向连接在定环21a与动环22a的密封面上。为了保证密封效果，第一密封件31a为三个，靠近环形流体通道25a一侧的第一密封件31a为主密封件，中间的第一密封件31a为备用密封件；当主密封件发生泄漏时，备用密封件可起到保护的作用，远离定环21a的第一密封件31a为海水密封件，用于防止海底中的海水、海生物、海沙等侵入环形流体通道25a内。在本实施例中，第一密封件31a的密封槽设于动环22a上；在其他实施例中，第一密封件31a的密封槽设于定环21a上。密封机构30还包括第一检测管道33a，第一检测管道33a的一端从动环22a连接定环21a的一侧延伸至动环22a远离定环21a的一端。本方案结构紧凑，避免多部件装配带来的累计误差。

实施例三：

请参阅图7，为本发明另一实施方式的一种单点系泊水下流体旋转接头100b，本实施例与第一实施例的单点系泊水下流体旋转接头100相似，不同之处在于，本实施例的单点系泊水下流体旋转接头100b的密封机构30b的第一密封件31b；可选地，第一密封件31b为三个，靠近环形流体通道25b一侧的第一密封件31b为主密封件，中间的第一密封件31b为备用密封件；当主密封件发生泄漏时，备用密封件可起到保护的作用，靠近定环21b的第一密封件31b为海水密封件，用于防止海底中的海水、海生物、海沙等侵入环形流体通道25b内。进一步地，主密封件与备用密封件轴向连接在定环21b与封板23b的密封面上，海水密封件径向连接在封板23b与定环21b的密封面上。在本实施例中，海水密封件的密封槽设于封板23b上，海水密封件为弹性补偿密封件，如旋转格莱圈。在其他实施例中，海水密封件的密封槽设于定环21b上，海水密封件为弹簧蓄能密封圈。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种单点系泊水下流体旋转接头，其特征在于，包括第一连接管、连接所述第一连接管的转动机构、内置于所述转动机构的密封机构、及连接所述转动机构的第二连接管；所述第一连接管用于连接海底管线；所述转动机构包括连接所述第一连接管的定环、连接所述定环的动环、及分别连接所述定环与动环相对两端的封板与轴承；所述定环、动环及封板形成环形流体通道；所述动环用于绕定环转动，所述封板用于绕定环转动；所述密封机构包括连接所述定环与封板的第一密封件、及连接所述定环与动环的第二密封件；所述第二连接管用于连接外部设备。

2.根据权利要求1所述的单点系泊水下流体旋转接头，其特征在于，所述第一密封件轴向连接在所述定环与封板的密封面上；所述第二密封件轴向连接在所述定环与动环的密封面上。

3.根据权利要求1所述的单点系泊水下流体旋转接头，其特征在于，所述密封机构还包括设置于所述第一密封件远离动环的一端的第一检测管道、及设置于所述第二密封件远离动环的一端的第二检测管道；所述第一检测管道的一端从所述封板连接定环的一侧延伸至所述封板远离定环的一端；所述第二检测管道的一端从所述动环连接定环的一侧延伸至所述动环远离定环的一端。

4.根据权利要求3所述的单点系泊水下流体旋转接头，其特征在于，还包括泄漏报警机构；所述泄漏报警机构分别连接所述第一检测管道与第二检测管道。

5.根据权利要求1所述的单点系泊水下流体旋转接头，其特征在于，所述转动机构还包括轴承罩；所述轴承罩罩住轴承；所述轴承罩的一端固连于所述定环。

6.根据权利要求5所述的单点系泊水下流体旋转接头，其特征在于，所述密封机构还包括连接所述轴承罩与动环之间的第三密封件、连接所述轴承罩与定环之间的第一防漏件、及连接所述封板与动环之间的第二防漏件。

7.根据权利要求1所述的单点系泊水下流体旋转接头，其特征在于，所述定环、动环及封板均采用耐蚀钢材料；所述第一密封件及第二密封件均为弹性补偿密封件。

8.根据权利要求1所述的单点系泊水下流体旋转接头，其特征在于，还包括固定机构；所述固定机构包括连接所述动环外侧的吊耳、连接所述吊耳的连接件、及连接所述连接件的紧固件。

9.根据权利要求1所述的单点系泊水下流体旋转接头，其特征在于，所述轴承包括内圈及连接内圈的外圈；所述内圈连接定环，所述外圈连接动环。

10.一种单点系泊水下流体旋转接头，其特征在于，包括第一连接管、连接所述第一连接管的转动机构、内置于所述转动机构的密封机构、及连接所述转动机构的第二连接管；所述第一连接管用于连接海底管线；所述转动机构包括连接所述第一连接管的定环、连接所述定环的动环、及连接所述定环与动环一端的轴承；所述定环及动环形成环形流体通道；所述动环用于绕定环转动；所述密封机构包括连接所述定环与动环的相对两端的第一密封件及第二密封件；所述第二连接管用于连接外部设备。

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