CN114893632A - 一种水下管道连接器和水下管道连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下管道连接器和水下管道连接方法，所述连接器包括连接法兰、球面体和轴向定位法兰，连接法兰和轴向定位法兰内端面均设置内腔球面，球面体配合设置在二者的内腔球面内，实现通过球面体的转动调节连接器的连接角度；连接法兰和轴向定位法兰通过连接螺栓连接并承担轴向载荷，可以免去在法兰上螺母的使用，减小连接器整体结构尺寸；球面体与连接法兰之间设置第一密封圈，连接法兰和轴向定位法兰之间设置第二密封圈，球面体与轴向定位法兰之间设置第三密封圈，实现连接器的主密封和次级密封，起到隔离海水作用；其结构合理，安装方便，尤其适用于例如浅水水下管道角度存在偏差情况下的管道连接。

Description

一种水下管道连接器和水下管道连接方法

技术领域

本发明涉及管道连接技术领域，涉及一种水下管道连接器和水下管道连接方法，尤其涉及一种适用于水下管道连接存在角度偏差的情况下的管道连接器。

背景技术

目前，水下连接器作为海洋平台以及水下生产系统的重要部分，用于深水或浅水管道的连接。

但是，在水下管道的施工中，会由于水下测量和施工的不理想，导致水下管道的预制和安装尺寸角度偏差较大，即导致例如浅水水下管道对中不理想的情况，从而给水下管道的连接带来了许多困难，并造成水下法兰在管道偏差外应力的作用下出现密封问题，容易发生泄露，造成海洋环境的污染。此外，水下管道连接中的角度偏差不仅导致法兰连接不可靠，也导致水下施工复杂。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种水下管道连接器和水下管道连接方法，使其应用于水下管道连接存在角度偏差的情况下，能够实现管道角度调节，从而适用于例如浅水水下管道不对中情况下的管道连接。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种水下管道连接器，包括连接法兰、球面体和轴向定位法兰，

所述连接法兰包括连接管端和法兰端，所述连接管端与待连接水下管道的一端连接；

所述球面体内具有供液体流动的通道，所述球面体的一端为球形面，另一端为管体；

所述连接法兰的法兰端和所述轴向定位法兰内端面均设置有与所述球面体的球形面直径相等的内腔球面，所述连接法兰和所述轴向定位法兰固定连接在所述球面体的球形面一端，用于固定预设连接角度的所述球面体，所述球面体的管体端穿过所述轴向定位法兰与另一个外部连接水下管道的一端连接。

优选地，所述轴向定位法兰上开设打压孔。

优选地，所述连接法兰和所述轴向定位法兰通过连接螺栓连接，所述球面体与所述连接法兰之间设置第一密封圈，所述连接法兰和所述轴向定位法兰之间设置第二密封圈，所述球面体与所述轴向定位法兰之间设置第三密封圈。

优选地，所述连接法兰上设置螺孔，所述连接螺栓末端与所述连接法兰螺纹连接。

优选地，所述第一密封圈和所述第三密封圈的中心轴线重合且经过所述球面体的球心，所述第一密封圈所在平面与所述球心间距离等于所述第三密封圈所在平面与所述球心间距离。

优选地，所述第一密封圈和所述第三密封圈均为圆形的轴向密封圈。

优选地，所述球面体上设置第一密封槽，所述第一密封圈安装在所述第一密封槽内；所述球面体上设置第三密封槽，所述第三密封圈安装在所述第三密封槽内，所述连接法兰上设置第二密封槽，所述第二密封圈安装在所述第三密封槽内。

优选地，所述轴向定位法兰上设置限位件，用于限制所述球面体的转动。

优选地，所述限位件为限位凸台。

一种水下管道连接方法，采用上所述的水下管道连接器，包括以下步骤：

将所述连接法兰的连接管端与待连接水下管道的一端连接；

根据待连接水下管道和另一个连接水下管道的角度偏差情况，将所述球面体在所述内腔球面内旋转，调整所述球面体在所述内腔球面内的适合配合接触面位置；

将所述连接法兰与所述轴向定位法兰固定连接；

将穿过所述轴向定位法兰所述球面体的管体端与所述另一个外部连接水下管道的一端连接。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明提供的水下管道连接器，其球面体配合设置在连接法兰和轴向定位法兰的内腔球面内，通过球面体的转动调节连接器的连接角度，使其尤其适合应用于水下管道连接存在角度偏差的情况下，能够实现管道角度调节，从而适用于例如浅水水下管道不对中情况下的管道连接，且其结构合理，安装方便。

2、本发明提供的水下管道连接器，其球面体与连接法兰和轴向定位法兰之间分别设置第一密封圈和第三密封圈，通过连接法兰和轴向定位法兰与球面体对第一密封圈和第三密封圈的挤压变形，实现连接器的主密封。

3、本发明提供的水下管道连接器，其连接法兰和轴向定位法兰通过连接螺栓连接，承担轴向载荷，二者之间设置第二密封圈，实现连接器的次级密封，起到隔离海水的作用。

4、本发明提供的水下管道连接器，其连接法兰上可以设置螺孔，连接螺栓末端可以与所述连接法兰螺纹连接，从而免去在法兰上使用螺母，减小连接器整体结构尺寸，便于实现连接器小型化。

5、本发明提供的水下管道连接方法，将本发明提供的水下管道连接器用于水下管道连接，尤其适用于水下管道连接存在角度偏差的情况下，能够实现管道角度调节；所述方法还可以包括对连接后的管道进行压力检测步骤，实现对连接后管道的耐受压力进行试验检测和验证，保证水下管道连接结构的牢固稳定性和安全可靠性。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的水下管道连接器的分解结构示意图。

图2是本发明一实施例提供的水下管道连接方法的流程示意图。

图3为本发明一实施例提供的水下管道连接器的密封状态示意图。

图4为本发明一实施例提供的水下管道连接器的打压孔位置示意图。

图5为本发明一实施例提供的水下管道连接器的连接螺栓连接示意图。

图6为本发明一实施例提供的水下管道连接器的第一密封槽和第二密封槽示意图。

图7为本发明一实施例提供的水下管道连接器的最大转动角度示意图。

附图中标记：

1为连接法兰，2为第一密封圈，3为第二密封圈，4为第三密封圈，5为球面体，6为连接螺栓，7为垫片，8为轴向定位法兰，9为打压孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“装配”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供的水下管道连接器和水下管道连接方法，通过在连接法兰和轴向定位法兰的内腔球面内设置球面体，实现通过球面体的转动调节连接器的连接角度，适用于例如水下管道不对中等水下管道连接存在角度偏差的情况；此外，通过球面体与两个法兰之间设置密封圈，实现连接器的主密封；通过连接法兰和轴向定位法兰通过连接螺栓连接，二者之间设置密封圈，实现连接器的次级密封，以隔离海水，保证连接器的密封性能。

下面，结合附图对本发明实施例提供的水下管道连接器和水下管道连接方法进行详细的说明。

实施例

参照图1所示，本实施例提供的水下管道连接器，包括连接法兰1、球面体5和轴向定位法兰8，连接法兰1为管状，包括连接管端和法兰端，连接管端与待连接水下管道的一端连接，具体通过焊接的方式连接；球面体5内具有供液体流动的通道，球面体5的一端为球形面，另一端为管体；连接法兰1的法兰端和轴向定位法兰8内端面均设置有与球面体5的球形面直径相等的内腔球面，连接法兰1和轴向定位法兰8固定连接在球面体5的球形面一端，用于固定预设连接角度的球面体5，球面体5的管体端穿过轴向定位法兰8与另一个外部连接水下管道的一端连接，具体地，球面体5的管体端与另一个外部连接水下管道的一端焊接连接，液体可在连接器内通过。

进一步的，连接法兰1和轴向定位法兰8通过连接螺栓6连接，球面体5与连接法兰1之间设置第一密封圈2，连接法兰1和轴向定位法兰8之间设置第二密封圈3，球面体5与轴向定位法兰8之间设置第三密封圈4，通过三个密封圈确保接法兰1、轴向定位法兰8与球面体5之间的密封连接。

参照图2所示，采用本实施例提供的水下管道连接器的水下管道连接方法，可以包括以下步骤：

步骤S1：将连接法兰1的连接管端与待连接水下管道的一端连接；

步骤S2：根据待连接水下管道和另一个外部连接水下管道的角度偏差情况，将球面体5在内腔球面内旋转，调整球面体5在内腔球面内的适合配合接触面位置；

步骤S3：将连接法兰1与轴向定位法兰8固定连接；

步骤S4：将穿过轴向定位法兰8球面体5的管体端与另一个外部连接水下管道的一端连接。

参照图3和图4所示，本实施例提供的水下管道连接器，适用于水下存在角度偏差的管道。使用时，首先，可以在连接螺栓6未拉紧之前，通过球面体5在连接法兰1和轴向定位法兰8二者内腔球面内的转动，便于球面体5外表面与内腔球面形成面接触配合结构，方便球面体5通过转动以实现整体连接器的小角度调节，从而实现调节连接器的连接角度，使得连接器尤其适合应用于水下管道连接存在角度偏差的情况下，例如浅水水下管道不对中情况下，实现管道角度调节和连接，且其结构合理，安装方便；其次，第一密封圈2和第三密封圈4构成连接器的主密封结构，通过连接法兰1和轴向定位法兰8与球面体5对第一密封圈2和第三密封圈4的挤压变形，实现连接器的主密封；再次，第二密封圈构成连接器的次级密封结构，起到隔离海水的作用；可见，连接法兰1的内腔球面与球面体5的外球面通过第一密封圈2密封配合，轴向定位法兰8的内腔球面与球面体5的外球面通过第三密封圈4密封配合，实现连接器的主密封，主密封结构和次级密封结构的双重密封作用，保证连接器的密封性能；此外，连接法兰和轴向定位法兰通过连接螺栓6的连接螺纹连接结构，承担轴向载荷，保证连接器的强度，且便于减小整体结构尺寸，实现小型化。该连接器安装方便，尤其适用于浅水水下管道的连接。

进一步的，连接法兰1的后端、轴向定位法兰8的前端分别设置内腔球面，球面体5的外凸球面的前端与连接法兰1后端的内腔球面相配合，球面体5的外凸球面的后端与轴向定位法兰8前端的内腔球面相配合。其中，前、后方向分别指图1所示的左、右方向。这样，既便于连接法兰1和轴向定位法兰8上内腔球面的加工，也便于球面体5与二者内腔球面的配合安装，提高加工和安装效率。

需要说明的是，连接法兰1用于连接水下管道或组成连接器的其他部分。例如，连接器还包括底座，则连接法兰1可以连接底座，从而通过连接法兰1能够便于连接器的整体结构固定和安装使用。

进一步的，连接法兰1上可以开设直口，即直线型缺口，用于配合例如导向柱等导向定位结构，实现在安装过程中的定位。导向柱等导向结构可以设置在连接器的安装位置上，例如底座上。

参照图4所示，进一步的，连接法兰1和轴向定位法兰8上至少其中之一开设打压孔9。

例如，在一些实施例中，轴向定位法兰8上开设打压孔9。

打压孔9用于对连接器的检测，检测方法为：

对连接后的管道进行压力检测试验，将测试设备的转接头接到打压孔9上，通过外置油泵往连接器内部施加压力，压力达到15MPa后保压30min，保压期间连接器内部压力的压降不超过API 17D标准中的最小压力泄漏值，则表示连接器压力检测合格。

通过打压孔9对连接后的管道进行压力检测试验，实现对连接后管道的耐受压力进行试验检测和验证，保证水下管道连接结构的牢固稳定性和安全可靠性。

本实施例的水下管道连接器，采用三道密封圈实现连接器整体结构的密封功能，使其浅水水下密封性能达到标准要求，且通过连接器压力测试。

又例如，在另一些实施例中，连接法兰1上开设打压孔9，或者，连接法兰1和轴向定位法兰8上均开设打压孔9。

参照图5所示，进一步的，连接法兰1和轴向定位法兰8至少其中之一上设置螺孔，连接螺栓6末端与螺孔连接。

例如，在一些实施例中，连接法兰1上设置螺孔，连接螺栓6末端与连接法兰1螺纹连接，设置螺纹孔的意义在于可以有效减少管道连接在水下的工作量，减少零件的数量有利于连接器功能的实现。

本实施例提供的水下管道连接器，连接法兰1与轴向定位法兰8通过连接螺栓6连接，实现承担轴向载荷；且在连接法兰1上设置螺孔，连接螺栓6末端直接与连接法兰1的螺孔螺纹连接，即连接螺栓6可以不穿过连接法兰1，从而免去螺母的使用，减小连接器整体结构尺寸，实现小型化；同时省去了使用螺母拧紧的步骤，简化了连接器在水下安装时的步骤，节省连接器安装时间，提高安装效率。

进一步的，连接螺栓6为带头螺栓。

在本实施例中，连接螺栓6的栓头位于轴向定位法兰8后侧。

又例如，在另一些实施例中，轴向定位法兰8上设置螺孔，连接螺栓6末端与轴向定位法兰8螺纹连接。

本实施例提供的水下管道连接器，在轴向定位法兰8上设置螺孔，连接螺栓6末端直接与轴向定位法兰8的螺孔螺纹连接，同样免去螺母的使用，减小连接器整体结构尺寸，实现小型化。

在本实施例中，连接螺栓6的栓头位于连接法兰1前侧。

进一步的，连接螺栓6的数量可以为八个，且均匀分布在同一个圆周上。连接螺栓6可以为不锈钢螺栓。连接螺栓6上可以套设垫片7，垫片7为圆环形。垫片7位于栓头和轴向定位法兰8之间。

参照图6所示，在一些实施例中，第一密封圈2和第三密封圈4为O形密封圈。第一密封圈2和第三密封圈4的中心轴线重合且经过球面体5的球心，第一密封圈2所在平面与球心之间距离等于第三密封圈4所在平面与球心之间距离。即，第一密封圈2和第三密封圈4所在的平面平行，二者以过球面体5球心、且与二者所在平面平行的球面体5截面为对称面对称分布，构成圆形的轴向密封圈，即轴向O形密封圈，从而优化密封结构，使得二者的密封结构在球面体5上对称分布，提高密封效果。在球面体5的设计直径上，密封圈2和密封圈4的位置是在球面体转动范围的最远位置，这有利于形成相对较大的密封腔，便于测试压力。

进一步的，第一密封圈2和第三密封圈4可以为丁晴橡胶密封圈。

在一些实施例中，球面体5上设置第一密封槽，第一密封圈2安装在第一密封槽内；球面体5上设置第三密封槽，第三密封圈4安装在第三密封槽内。这样，能够方便第一密封圈2和第三密封圈4在球面体5上的安装，且提高第一密封圈2和第三密封圈4的安装牢固性和密封性。

在本实施例中，第一密封槽和第三密封槽可以为O形圈密封槽，二者所在的平面平行，二者以过球面体5球心、且与二者所在平面平行的球面体5截面为对称面对称分布。

进一步的，连接法兰1和轴向定位法兰8至少其中之一上设置第二密封槽，第二密封圈3安装在第二密封槽内。

例如，在一些实施例中，连接法兰1上设置第二密封槽，第二密封圈3安装在第二密封槽内，从而方便第二密封圈3的安装，且提高第二密封圈3安装牢固性和密封效果。

又例如，在另一些实施例中，轴向定位法兰8上设置第二密封槽，第二密封圈3安装在第二密封槽内。

需要说明的是，第二密封圈3可以为圆形密封圈，即O形密封圈，其安装在连接法兰1和轴向定位法兰8中间的连接处，作为法兰端面径向O形密封圈构成次级密封，起到隔绝海水作用。

第一密封圈2和第三密封圈4所对应的第一密封槽和第三密封槽均为非标准密封槽，在球面体5上难以采用标准矩形密封槽，因此对球面上密封槽进行了尺寸的调整，非标准密封槽的优点在于其压缩O形圈后，O形圈很难挤出，密封结构的可靠性高。

进一步的，轴向定位法兰8上开设有直口，即直线型缺口，用于配合例如导向柱等导向定位结构，实现在安装过程中的定位。导向柱等导向结构可以设置在连接器的安装位置上，例如底座上。

在一些实施例中，轴向定位法兰8上设置限位件，用于限制球面体5的转动。

例如，该限位件可以为限位凸台，用于限制球面体5的转动角度，避免球面体5转动过度。限位凸台可以设置在轴向定位法兰8的内腔球面上。凸台在轴向定位法兰8可以进行整体机加工，不需要额外的焊接工艺，凸台上存在倒角，避免破坏球面体5的表面结构，同时也避免了应力集中。

参照图7所示，上述实施例的水下管道连接器，能够实现管道存在偏离角度情况下的管道连接，并且单方向的最大调节角度为10°，该最大调节角度与球面体5球面直径相关。球面体5球面直径越大，可供调节的角度就越大，即最大调节角度的值越大。但由于球面体5球面直径大小直接影响连接器整体结构的大小，所以球面体5球面直径又不宜太大。优选为连接器的单方向的最大调节角度为10°，即双侧方向的最大调节角度为20°。通过限位件可以限制球面体5的转动量程。

上述实例中水下管道连接器，首先，将O形的第一密封圈2和第三密封圈4安装在球面体上，在球面体5上设置第一密封槽和第三密封槽为非标准的密封槽，可以保证O形圈在安装时不会错位，在轴结构上安装O形圈的便捷性要远大于在孔结构上安装O形圈。其次，非标准的密封槽符合O形圈的压缩量、空间余量、伸长率等要求。当连接螺栓6拧紧时，轴向定位法兰8和连接法兰1压紧O形圈，第一密封槽和第三密封槽一侧的密封槽侧壁较高，优点在于，当O形圈变形时，高的侧壁可以有效避免O形圈的挤出变形。结构中共有三道密封圈，三道密封圈所形成的的密封腔空间相对较大，可以有效测试密封结构性能。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种水下管道连接器，其特征在于：包括连接法兰(1)、球面体(5)和轴向定位法兰(8)，

所述连接法兰(1)包括连接管端和法兰端，所述连接管端与待连接水下管道的一端连接；

所述球面体(5)内具有供液体流动的通道，所述球面体(5)的一端为球形面，另一端为管体；

所述连接法兰(1)的法兰端和所述轴向定位法兰(8)内端面均设置有与所述球面体(5)的球形面直径相等的内腔球面，所述连接法兰(1)和所述轴向定位法兰(8)固定连接在所述球面体(5)的球形面一端，用于固定预设连接角度的所述球面体(5)，所述球面体(5)的管体端穿过所述轴向定位法兰(8)与另一个外部连接水下管道的一端连接。

2.根据权利要求1所述的水下管道连接器，其特征在于：所述轴向定位法兰(8)上开设打压孔(9)。

3.根据权利要求1所述的水下管道连接器，其特征在于：所述连接法兰(1)和所述轴向定位法兰(8)通过连接螺栓(6)连接，所述球面体(5)与所述连接法兰(1)之间设置第一密封圈(2)，所述连接法兰(1)和所述轴向定位法兰(8)之间设置第二密封圈(3)，所述球面体(5)与所述轴向定位法兰(8)之间设置第三密封圈(4)。

4.根据权利要求3所述的水下管道连接器，其特征在于：所述连接法兰(1)上设置螺孔，所述连接螺栓(6)末端与所述连接法兰(1)螺纹连接。

5.根据权利要求3所述的水下管道连接器，其特征在于：所述第一密封圈(2)和所述第三密封圈(4)的中心轴线重合且经过所述球面体(5)的球心，所述第一密封圈(2)所在平面与所述球心间距离等于所述第三密封圈(4)所在平面与所述球心间距离。

6.根据权利要求4所述的水下管道连接器，其特征在于：所述第一密封圈(2)和所述第三密封圈(4)均为圆形的轴向密封圈。

7.根据权利要求3所述的水下管道连接器，其特征在于：所述球面体(5)上设置第一密封槽，所述第一密封圈(2)安装在所述第一密封槽内；所述球面体(5)上设置第三密封槽，所述第三密封圈(4)安装在所述第三密封槽内，所述连接法兰(1)上设置第二密封槽，所述第二密封圈(3)安装在所述第三密封槽内。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的水下管道连接器，其特征在于：所述轴向定位法兰(8)上设置限位件，用于限制所述球面体(5)的转动。

9.根据权利要求8中所述的水下管道连接器，其特征在于：所述限位件为限位凸台。

10.一种水下管道连接方法，采用如权利要求1-9中任一项所述的水下管道连接器，其特征在于，包括以下步骤：

将所述连接法兰(1)的连接管端与待连接水下管道的一端连接；

根据待连接水下管道和另一个连接水下管道的角度偏差情况，将所述球面体(5)在所述内腔球面内旋转，调整所述球面体(5)在所述内腔球面内的适合配合接触面位置；

将所述连接法兰(1)与所述轴向定位法兰(8)固定连接；

将穿过所述轴向定位法兰(8)所述球面体(5)的管体端与所述另一个外部连接水下管道的一端连接。

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