CN113606381B - 一种流体密封的作业舱体及干式舱 - Google Patents

一种流体密封的作业舱体及干式舱 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种流体密封的作业舱体及干式舱，其中的作业舱体包括：舱体及密封结构；所述舱体包括上舱体及下舱体；所述上舱体设置上接口，所述下舱体设置下接口；所述下舱体可以相对于所述上舱体旋转以使所述下接口相对于所述上接口旋转而形成可开合接口，以便管道经由所述接口穿过所述上舱体及所述下舱体形成的作业空间；所述密封结构包括舱体密封机构及接口密封机构；所述舱体密封机构及所述接口密封机构利用充气或充液方式以形成膨出物；所述膨出物，用于完成所述密封；解决现有干式舱的座封设计方案不理想导致座封时间长、座封效果差、不能测量密封压力及密封寿命低的问题。

Description

一种流体密封的作业舱体及干式舱
技术领域
本公开涉及水下管道施工或维修用的干式舱。
背景技术
对于水下管道施工或维修用干式舱，要求待维修管道的破损处需位于作业舱体内部，以便维修人员对该破损点进行修补，如此该管道势必要从该作业舱体内部穿过；而该作业舱体需座封在该管道上，以保证维修人员在进行修补操作时该作业舱体内部处于干式操作环境。而现有技术中，干式舱的座封设计方案往往不够理想，主要是座封设计方案简单，座封时间长，座封效果差。
另外，现有干式舱主要利用螺纹或密封圈进行密封，不仅不能精确测出密封压力的大小，还会由于在密封过程中对螺纹或密封圈施加的预应力，造成螺纹或密封圈在密封过程中不断承受交变载荷，导致密封寿命降低。
发明内容
有鉴于此，本公开提供一种流体密封的作业舱体及应用该作业舱体的干式舱，解决现有干式舱的座封设计方案不理想导致座封时间长、座封效果差、密封接触压力不便测量及密封寿命低的问题。
第一方面，所述的一种流体密封的作业舱体，其特征在于，包括：
舱体及密封结构；
所述舱体包括上舱体及下舱体；
所述上舱体设置上接口，所述下舱体设置下接口；
所述下舱体可以相对于所述上舱体旋转以使所述下接口相对于所述上接口旋转而形成可开合接口，以便待维修管道经由所述可开合接口进入所述上舱体及所述下舱体形成的作业空间；
所述密封结构包括舱体密封机构及接口密封机构；
所述舱体密封机构，用于密封所述上舱体及所述下舱体之间的间隙；
所述接口密封机构，用于密封所述管道与所述接口之间的间隙；
所述舱体密封机构及所述接口密封机构利用充气或充液方式以形成膨出物；
所述膨出物，用于封堵所述间隙，完成所述密封。
进一步地，所述舱体为球形；
所述下舱体与所述上舱体通过端口部分重叠的方式连接。
进一步地，所述舱体密封机构，包括第一膨胀层；
所述上舱体上设置第一容纳槽；
所述第一膨胀层置于所述第一容纳槽内；
所述第一膨胀层连接充气或充液设备，以便向所述第一膨胀层内充气或充液以使所述第一膨胀层从所述第一容纳槽中部分膨出而形成第一膨出物；
所述第一膨出物，用于封堵所述上舱体端口与所述下舱体端口之间的所述间隙。
进一步地，所述接口密封机构，包括第一密封系统及第二密封系统；
所述第一密封系统，用于封堵所述下接口与所述管道之间的径向间隙；
所述第二密封系统，用于封堵所述管道与所述接口之间的剩余径向间隙；及
用于与所述第一密封系统建立对接关系并封堵对接端面之间的间隙。
进一步地，所述第一密封系统包括第二膨胀层；
所述下接口内侧设置第二容纳槽；
所述第二膨胀层置于所述第二容纳槽内；
所述第二膨胀层连接充气或充液设备，以便向所述第二膨胀层内充气或充液以使所述第二膨胀层从所述第二容纳槽中膨出而形成第二膨出物；
所述第二膨出物，用于封堵所述下接口与所述管道之间的径向所述间隙。
进一步地，所述第二密封系统包括第三膨胀层；
所述上舱体内设置第三容纳槽；
所述第三膨胀层置于所述第三容纳槽内；
所述第三容纳槽与所述第二容纳槽之间设立接引槽；
所述接引槽的两端与所述第二容纳槽的两端对接，以使所述第三膨胀层的两端面与所述第二膨胀层的两端面对接形成闭合结构；
所述第三膨胀层与所述第一膨胀层连通，以使所述第一膨胀层进行所述膨出的时候，所述第三膨胀层从所述第三容纳槽中膨出而形成所述第三膨出物；
所述第三膨出物，用于填充所述接引槽，以封堵所述管道与所述接口之间的剩余径向间隙，及封堵所述第三膨胀层与所述第二膨胀层的对接端面之间的间隙。
进一步地，所述第三容纳槽内置活塞；
所述活塞内设有第四容纳槽；
所述第三膨胀层置于所述第四容纳槽内；
所述第三容纳槽分别与所述第一膨胀层及所述第三膨胀层连通；
所述第一膨胀层内充入的气体或液体进入所述第三容纳槽驱动所述活塞以使其接近所述接引槽，以便于所述第三膨胀层从所述第四容纳槽中膨出而形成所述第三膨出物。
进一步地，所述上舱体下端连接限位板；
所述限位板，用于限制所述下舱体以避免其从所述上舱体中掉落。
进一步地，所述下舱体内设齿轮传动组；
所述齿轮传动组，用于驱动所述下舱体旋转以使所述下接口相对于所述上接口旋转形成所述可开合接口；
以及/或，
所述下舱体内设安全舱；
所述安全舱内置逃生装备，以便施工人员在所述舱体和/或所述密封结构发生故障时从所述舱体中安全逃离。
第二方面，一种干式舱，其特征在于，包括：
第一方面任一项所述的作业舱体。
本公开具有如下有益效果：
本公开的作业舱体，首先，采用上舱体与下舱体可相对转动的舱体结构设计，需要进行上下舱体之间的密封及管道与舱体接口之间的密封以保证作业舱体提供干式操作环境，然后，利用舱体密封机构封堵上舱体及下舱体之间的间隙，利用接口密封机构封堵管道与接口之间的间隙，而舱体密封机构及接口密封机构采用充气或充液膨胀系统，促使膨胀系统产生膨出物，最后，利用膨出物封堵各个所述间隙，最终完成上下舱体间密封及管道与舱体接口间密封，因为充气或充液促使膨胀系统膨胀变形而形成膨出物，以封堵各个所述间隙的方式快速、高效、密封效果好，所以可以有效解决现有干式舱的座封设计方案不理想导致座封时间长、座封效果差的问题。另外，由于膨胀层在密封过程中其内部处于零应力状态，所以可以有效解决密封件承受预应力的问题；同时因为膨胀层内填充的气体或液体压力已知，所以可以有效解决密封接触压力不可测量的的问题。
附图说明
通过以下参考附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：
图1是本公开实施例的流体密封的作业舱体的结构示意图；
图2是本公开实施例的上舱体与下舱体相对旋转状态图；
图3是本公开实施例的作业舱体的纵切结构示意图；
图4是本公开实施例的图3中I部的局部放大图；
图5是本公开实施例的具有活塞结构的接口密封机构示意图；
图6是本公开实施例的第一膨胀层的充气或充液通道示意图；
图7是本公开实施例的第二膨胀层的充气或充液通道位置示意图。
具体实施方式
以下基于实施例对本公开进行描述，但是值得说明的是，本公开并不限于这些实施例。在下文对本公开的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本公开。
此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本公开的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。
同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。
图1是本公开实施例的作业舱体结构示意图；图2是本公开实施例的上舱体与下舱体相对旋转状态图；如图1及图2所示：本公开的作业舱体，包括舱体及密封结构；舱体包括上舱体1及下舱体2；上舱体1设置上接口11，下舱体2设置下接口21；下舱体2可以相对于上舱体1旋转以使下接口21相对于上接口11旋转而形成可开合接口，以便管道3经由该可开合接口穿过上舱体1及下舱体2形成的作业空间100；密封结构包括舱体密封机构及接口密封机构，其中，舱体密封机构的作用是密封上舱体1及下舱体2之间的接触间隙，接口密封机构的作用是密封管道3与可开合接口（上接口11及下接口21）之间的径向间隙。本公开的舱体密封机构及接口密封机构是利用充气或充液的方式产生出膨出物，通过该膨出物封堵所述接触间隙及所述径向间隙，完成上下舱体间密封及管道与可开合接口间密封，因为密封结构利用充气或充液的方式形成膨出物，然后利用膨出物封堵各个所述间隙的方式快速、高效、密封效果好，所以可以有效解决现有干式舱的座封设计方案不理想导致座封时间长、座封效果差的问题。
而且，充气或充液的方式提供密封的方式，一方面该密封结构的密封压力可以准确测量，另一方面，因为该密封结构不用承受预应力，所以可有效控制密封压力，提高密封结构的寿命。
在图1及图2中，所述的舱体为球形，下舱体2与上舱体1通过端口部分重叠的方式连接，具体的是将下舱体2的上端口插入到上舱体1的下端口之后，在上舱体1的下端口焊接限位板5，通过该限位板5限制下舱体2以避免其从上舱体1中掉落，同时下舱体2与上舱体1之间还可以发生相对转动，当下舱体2旋转到全部进入到上舱体1内时，可开合接口全部打开使得舱体可以骑坐在待维修管道3上，然后驱动下舱体2旋转， 可开合接口闭合，待维修管道3进入到上舱体及下舱体形成的作业空间100内。
图3是本公开实施例的作业舱体的纵切结构示意图；图4是本公开实施例的图3中I部的局部放大图；如图3及图4所示：所述的舱体密封机构，包括第一膨胀层13，在上舱体1上设置第一容纳槽12，该第一容纳槽12开在下舱体2与上舱体1的端口部分重叠位置，第一膨胀层13置于第一容纳槽12内；第一膨胀层13连接充气或充液设备，以便向第一膨胀层13内充气或充液以使第一膨胀层13从第一容纳槽12中部分膨出而形成第一膨出物，通过该第一膨出物封堵上舱体端口与下舱体端口之间的接触间隙，堵塞舱体外部的水从上舱体及下舱体之间的接触间隙中进入到舱体的工作环境100内，破坏干式操作环境。
所述的第一膨胀层13，可以是具有弹性的管件，第一膨胀层13在第一容纳槽12内的初始状态，因为没有被充气或充液而没有发生膨胀变形，所以并不妨碍上下舱体间的相对旋转；当舱体已经骑坐在待维修管道3上后，向具有弹性的第一膨胀层13内充气或充液，当充气或充液到一定量时，第一膨胀层13不仅会充满第一容纳槽12，还会继续膨胀并从第一容纳槽12中膨出，因为该第一容纳槽12开在下舱体2与上舱体1的端口部分重叠位置，所以第一膨胀层13的膨出物进一步封堵上舱体端口与下舱体端口间的接触间隙，完成下舱体2与上舱体1间的密封。
在图3及图4中，所述的接口密封机构的作用是密封管道与舱体接口处的间隙，因为该接口处的结构复杂，本公开的接口密封机构细分为第一密封系统及第二密封系统，其中，第一密封系统用于封堵下接口21与管道3之间的径向间隙，而该管道与该接口处的剩余部分的径向间隙则由第二密封系统来完成，最终完成管道与可开合接口处的端面密封。
其中，所述的第一密封系统包括第二膨胀层23，因为管道3与舱体的接口处是由上接口11与下接口21构成的可开合接口，上舱体端口与下舱体端口部分重叠，下舱体端口位于上舱体端口内侧，所以，本公开在下接口21内侧设置第二容纳槽22，第二膨胀层23置于第二容纳槽22内，第二膨胀层23连接充气或充液设备，以便向第二膨胀层23内充气或充液以使第二膨胀层23从第二容纳槽22中膨出而形成第二膨出物，通过该第二膨出物封堵下接口21与管道3之间的径向间隙。
所述的第二膨胀层23也可以是具有弹性的管件，并且采用与第一膨胀层13相同的膨胀密封原理，即当管道3没有骑坐在接口处时，第二膨胀层23处于初始状态，不会从第二容纳槽22中膨出，不会影响管道3进入到接口内；而当管道3骑坐在接口处时，对第二膨胀层23进行充气或充液，第二膨胀层23逐渐膨胀并最终从第二容纳槽22中膨出，而膨出后的膨出物则进一步密封下接口21与管道3之间的径向间隙，完成下接口21与管道3间的径向间隙密封。
此时，除了下接口21与管道3间的径向间隙被第一密封系统密封后，管道3与接口处还存在剩余的径向间隙没有被密封。所述的第二密封系统包括第三膨胀层15，上舱体1内设置第三容纳槽14，第三膨胀层15置于第三容纳槽14内，第三容纳槽14与第二容纳槽22之间设立接引槽24，接引槽24的两端与第二容纳槽22的两端对接，以使第三膨胀层15可以与第二膨胀层23实现端面对接从而形成闭合结构；第三膨胀层15与第一膨胀层13连通，当第一膨胀层13进行膨出的时候，第三膨胀层15从第三容纳槽14中膨出而形成第三膨出物，通过该第三膨出物填充接引槽24以封堵管道与接口处剩余的径向间隙及封堵第三膨胀层15与第二膨胀层23的对接端面25之间的间隙。同理，所述的第三膨胀层15也可以是具有弹性的管件，并且采用与第一膨胀层13相同的膨胀密封原理，即当管道3没有骑坐在接口处时，第三膨胀层15处于初始状态，不会从第三容纳槽14中膨出，不会影响管道3进入到接口内；而当管道3骑坐在接口处后，第三膨胀层15随同第一膨胀层13进行充气或充液，第三膨胀层15逐渐膨胀并最终从第三容纳槽14中膨出。
在第二膨胀层23及第三膨胀层15的共同作用下，管道3与接口处的径向间隙之间可以形成完全闭合的密封结构，从而保证管道与接口处的端面密封。
因为第三容纳槽14开在上舱体1的侧壁内，控制第三膨胀层15膨胀并膨出的难度大，本公开在第三容纳槽14内置活塞17，如图5所示，在活塞17内设有第四容纳槽16，第三膨胀层15置于第四容纳槽16内，第三容纳槽14分别与第一膨胀层13及第三膨胀层15连通，第一膨胀层13内充入的气体或液体进入第三容纳槽14驱动活塞17以使其接近接引槽24，这样便于第三膨胀层15从第四容纳槽16中膨出而直接进入到接引槽24内，而不会因为第三容纳槽14的深度过深而不便于膨出。
图6是本公开实施例的第一膨胀层的充气或充液通道示意图；在图6中，为了对第一膨胀层进行充气或充液，显然需要在第一膨胀层13与充气或充液设备之间建立连通通道。本公开的上舱体1设置了直管段结构10，通过该直管段结构10与舱体的运输通道建立连接，具体的是在直管段结构10管壁内设立连通通道18，连通通道18与第一膨胀层13及第三膨胀层15连通，用于第一膨胀层13及第三膨胀层15内气体或液体的进入及排出。
图7是本公开实施例的第二膨胀层的充气或充液通道位置示意图；在图7中，因为第二容纳槽设置在下接口21的内侧，本公开在下舱体侧壁的适合位置设置充气或充液通道26，该充气或充液通道26与置于第二容纳槽22内的第二膨胀层23连通。
当然，本公开的作业舱体是用于水下管道维修，所以可优选使用充液设备。
在图7中，在下舱体内设置了齿轮传动组6，本公开通过齿轮传动组6驱动下舱体2旋转以使下接口21相对于上接口11旋转形成可开合接口。
在图1及图2中，本公开的下舱体内设置了安全舱4，在该安全舱4放置了必要的逃生装备，当舱体和/或密封结构发生故障时，维修施工人员可以使用这些逃生装备，保证从舱体中安全逃离。
以上所述实施例仅为表达本公开的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本公开专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本公开的保护范围。因此，本公开专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种流体密封的作业舱体，其特征在于，包括：
舱体及密封结构；
所述舱体包括上舱体及下舱体；
所述上舱体设置上接口，所述下舱体设置下接口；
所述下舱体可以相对于所述上舱体旋转以使所述下接口相对于所述上接口旋转而形成可开合接口，以便待维修管道经由所述可开合接口进入所述上舱体及所述下舱体形成的作业空间；
所述密封结构包括舱体密封机构及接口密封机构；
所述舱体密封机构，用于密封所述上舱体及所述下舱体之间的间隙；
所述接口密封机构，用于密封所述管道与所述接口之间的间隙；
所述舱体密封机构及所述接口密封机构利用充气或充液方式以形成膨出物；
所述膨出物，用于封堵所述间隙，完成所述密封；
所述舱体为球形；
所述下舱体与所述上舱体通过端口部分重叠的方式连接；
所述舱体密封机构，包括第一膨胀层；
所述上舱体上设置第一容纳槽；
所述第一膨胀层置于所述第一容纳槽内；
所述第一膨胀层连接充气或充液设备，以便向所述第一膨胀层内充气或充液以使所述第一膨胀层从所述第一容纳槽中部分膨出而形成第一膨出物；
所述第一膨出物，用于封堵所述上舱体端口与所述下舱体端口之间的所述间隙；
所述接口密封机构，包括第一密封系统及第二密封系统；
所述第一密封系统，用于封堵所述下接口与所述管道之间的径向间隙；
所述第二密封系统，用于封堵所述管道与所述接口之间的剩余径向间隙；及
用于与所述第一密封系统建立对接关系并封堵对接端面之间的间隙；
所述第一密封系统包括第二膨胀层；
所述下接口内侧设置第二容纳槽；
所述第二膨胀层置于所述第二容纳槽内；
所述第二膨胀层连接充气或充液设备，以便向所述第二膨胀层内充气或充液以使所述第二膨胀层从所述第二容纳槽中膨出而形成第二膨出物；
所述第二膨出物，用于封堵所述下接口与所述管道之间的所述径向间隙；
所述第二密封系统包括第三膨胀层；
所述上舱体内设置第三容纳槽；
所述第三膨胀层置于所述第三容纳槽内；
所述第三容纳槽与所述第二容纳槽之间设立接引槽；
所述接引槽的两端与所述第二容纳槽的两端对接，以使所述第三膨胀层的两端面与所述第二膨胀层的两端面对接形成闭合结构；
所述第三膨胀层与所述第一膨胀层连通，以使所述第一膨胀层进行所述膨出的时候，所述第三膨胀层从所述第三容纳槽中膨出而形成所述第三膨出物；
所述第三膨出物，用于填充所述接引槽，以封堵所述接口与所述管道之间的剩余径向间隙，及封堵所述第三膨胀层与所述第二膨胀层的对接端面之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的作业舱体，其特征在于：
所述第三容纳槽内置活塞；
所述活塞内设有第四容纳槽；
所述第三膨胀层置于所述第四容纳槽内；
所述第三容纳槽分别与所述第一膨胀层及所述第三膨胀层连通；
所述第一膨胀层内充入的气体或液体进入所述第三容纳槽驱动所述活塞以使其接近所述接引槽，以便于所述第三膨胀层从所述第四容纳槽中膨出而形成所述第三膨出物。
3.根据权利要求1-2任一项所述的作业舱体，其特征在于：
所述上舱体下端连接限位板；
所述限位板，用于限制所述下舱体以避免其从所述上舱体中掉落。
4.根据权利要求3所述的作业舱体，其特征在于：
所述下舱体内设齿轮传动组；
所述齿轮传动组，用于驱动所述下舱体旋转以使所述下接口相对于所述上接口旋转形成所述可开合接口；
以及/或，
所述下舱体内设安全舱；
所述安全舱内置逃生装备，以便施工人员在所述舱体和/或所述密封结构发生故障时从所述舱体中安全逃离。
5.一种干式舱，其特征在于，包括：
权利要求1-4任一项所述的作业舱体。
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