CN203770889U - 一种液压控制水下管道对接锁紧装置 - Google Patents

Abstract

一种液压控制的水下管道对接锁紧装置，其主要包括连接器本体，其中央为石油管道，连接本体器下端内凹形成一个容腔，容腔中装设一金属密封钢圈，连接器本体下端连接卡牙装置。在连接器本体外部具有一个轴肩部，轴肩部结合一外筒体，外筒体与连接器本体之间形成腔体结构，该腔体结构内设有滑动的活塞，活塞与外筒体之间形成两个可供液压连通的密封腔，通过向该其中一个密封腔加液压时，活塞能够上移离开卡牙装置外侧，卡牙装置失去约束而松开被卡牙装置锁紧的管道，反之，当向另一个密封腔加液压时，活塞下移至到达卡牙装置外侧，使卡牙装置受到挤压向中央收拢，以将待接管道锁紧。本实用新型的管道锁紧和解锁皆通过液压通道来完成，非常简便和易于自动化控制。

Description

一种液压控制水下管道对接锁紧装置

技术领域

本实用新型属于海底石油开采设备领域，尤其涉及采油树法兰对接锁紧装置。

背景技术

目前，水下采油树管道与管道的对接，通常采用的方式为法兰与法兰对接，且一般对接任务由水下机械手潜入水底操作完成，在完成对接工作的过程中，由于受海水作业深度的影响，其对接难度和对接时间大大增加，提高了成本。而常规的使法兰对接后，再用机械手拧紧螺栓的方式，对机器手来说，也是一项难度很大的工作。不仅要找准螺栓的位置，还要对拧紧程度加以控制，因此，水下对接和安装等应尽量避免通过拧紧螺栓的方式完成。总之，现有管道对接连接技术一般为法兰和卡箍连接，需要水下机械人操作，但对接操作难以实现，一次对接成功率低，金属密封钢圈在对接过程中易受破坏。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型主要是提供一种液压控制的水下管道对接锁紧装置，可提高水下管道对接锁紧装置的对接性能，节省对接时间，降低对接成本。

本实用新型的一种液压控制的水下管道对接锁紧装置，包括：

一个连接器本体，该本体中心为石油管道，该本体环向凸设一轴肩部，该连接本体下端内凹形成一个容腔，容腔内装配有金属密封钢圈，该连接器本体的下端连接有卡牙装置；

一个外筒体，呈管状结构，套设于该连接器本体的外侧且与该轴肩部固定结合；

一个环套形的活塞，设于该外筒体与该连接器本体之间，该活塞与外筒体内壁之间形成至少两个密封腔，该活塞能紧贴于该连接器本体的外壁且上下移动，其移动至下方最远距离时，该活塞能够到达该卡牙装置的外侧；

该外筒体内部设有一个锁紧液压通道和一个解锁液压通道，分别对应连接至所述至少两个密封腔之一，当向其中一个密封腔加液压时，推动该活塞向下移动至该卡牙装置的外侧，挤压卡牙装置向连接器本体中央收拢，将伸入至该连接器本体下端容腔内的管道锁紧；反之，当向另一个密封腔加液压时，推动该活塞移动并远离该卡牙装置外侧，使卡牙装置回复至松释状态。

本实用新型的一个实施例中，在该外筒体内壁面的中部位置环设有一个凸台，该活塞紧配于该凸台与该连接器本体外壁之间，其包括一个上端及一个下端，该上端伸出至该凸台上方，且该上端具有一个第一推抵部，该第一推抵部与该外筒体的内壁面抵接；该活塞下端固设有一个密封环，该密封环与该外筒体的内壁面抵接，形成一个第二推抵部；该锁紧液压通道连通至该凸台与该第二推抵部之间所形成的密封腔，而该解锁液压通道连通至该凸台与该第一推抵部之间所形成的密封腔。

本实用新型的一个实施例中，该连接器本体向下依次还连接一个支撑环和一个导向环，该支撑环位于该卡牙装置下方，该支撑环套设于该外筒体内部且与该外筒体固定结合，该导向环抵接于该外筒体的下端，并通过防转动销固定装配于该支撑环上，该导向环具有一个外扩口，其与支撑环的内周面以及卡牙装置内斜面构成喇叭形开口。

本实用新型的一个实施例中，该支撑环将该卡牙装置夹持于该连接器本体与支撑环之间，该支撑环相对于该外筒体的高度为旋转可调，通过调节该支撑环的高度以调节该卡牙装置的预紧力。

本实用新型的一个实施例中，于该连接器本体的轴肩部上方还设有一个外壳体，该外壳体套设于部分的该外筒体及该连接器本体的外部，在该活塞的上端连接至少一个拉杆，该拉杆贯穿该连接器本体的轴肩部和该外壳体，在拉杆伸出该外壳体的上端面处设有设有一个止挡阶部，在该外壳体与该外筒体之间连通一个二次解锁液压通道，当该二次解锁液压通道中加油压时，可推抵该外壳体远离该外筒体移动，该外壳体上移并借助该止挡阶部使该拉杆连动该活塞一起上移，该活塞远离该卡牙装置外侧，使卡牙装置回复至松释状态。

本实用新型的一个实施例中，在该外筒体的外壁亦设有一个外环形凸台，该外环形凸台与外壳体内侧的阶部形成一个配合部位，该二次解锁液压通道由该外筒体通向该配合部位。

本实用新型的一个实施例中，所述各拉杆伸出该连接器本体的上端共同连接于至少一个提升环，该提升环沿轴向依次连接一个双头螺栓、吊环座、卸扣和开口弹簧销。

本实用新型的一个实施例中，该连接器本体内设有连接至该金属密封圈的测试通道，该测试通道用于确认待接管道与该金属密封圈配合后的密封性。

本实用新型的一个实施例中，该卡牙装置由若干卡牙串联构成，且卡牙和卡牙之间通过碟簧和定位销连接，定位销装配在各碟簧两端且连接于卡牙内部，使卡牙装置构成环状结构，卡牙装置在自然状态下呈外扩状。

本实用新型的一个实施例中，在各卡牙外侧对应活塞处设有与活塞下端对应的斜切面，各该卡牙还设有至少一个朝中心延伸的凸牙。

本实用新型的一个实施例中，该凸台内壁与该活塞之间、该第一推抵部与该外筒体的内壁面之间、以及该第二推抵部与该外筒体的内壁面之间、以及该外壳体内壁面与该筒体外壁面相对接之处均设有O型密封圈。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过在连接器本体下端内凹具有金属密封圈，用于与对接管道密封连接，在连接器下端连接可受挤压而向中央收拢的卡牙装置；同时，在连接器本体与外筒体构成一个腔体结构，在该腔体结构内设有可滑动的活塞，该活塞与该外筒体之间可形成至少两个密封腔，当向一个密封腔加液压时，推动活塞向卡牙装置移动至该卡牙装置的外侧，挤压卡牙装置向管道中央收拢，以锁紧被接管道；反之，向另一密封腔加液压时，可推动该活塞远离该卡牙装置的外侧，使卡牙回复自然的外扩状态，松开对被锁管道。本实用新型的管道锁紧和解锁皆通过液压通道来完成，非常简便和易于自动化控制。

此外，本实用新型还设计了一系列的冗余机制，如位于该外筒体与外壳体之间的二次解锁液压通道，以防止在原液压解锁通道失效的情况下（例如密封失效）可以作为备用的解锁液压通道，同样可以使卡牙装置松开被锁的管道；还有与拉杆连接的提升环、双头螺栓等等是在液压解锁机制都失效的情况下，作为机械式解锁的备用方式。

本实用新型的卡牙装置是由若干卡牙串联构成，且卡牙和卡牙之间通过碟簧和定位销连接，使卡牙装置外侧不受挤压使，呈现自然外扩装置在自然状态下呈外扩状，卡牙装置外侧具有推抵件时，卡牙呈收拢状，以配合活塞的移动而工作。

本实用新型以液压和机械共同控制系统，降低深水操作难度，提高对接和锁紧可靠性；喇叭开口的导向使管道对接精度更高，提高对接成功率；卡牙装置预紧力可微调，降低加工精度，提高对接成功率，更易实现对接锁紧和密封；节省对接时间，降低对接成本。

附图说明

图1为本实用新型的液压控制的水下管道对接锁紧装置局部剖视图。

图2为本实用新型水下管道对接锁紧装置锁紧液压通道开启状态示意图。

图3为本实用新型水下管道对接锁紧装置解锁液压通道开启状态示意图。

图4为本实用新型水下管道对接锁紧装置二次解锁通道开启示意图。

图5为本实用新型的卡牙装置的结构示意图。

符号说明：

1-本体；2-提升环；3-外壳体；4-防转销块；6-外筒体；7-活塞；10-凸台； 40-第一推抵部;12-密封环（第二推抵部）；51-配合部位；13-支撑环；14-防转销；15-导向环；16-内六角圆柱头螺钉；17-密封圈；20-卡牙装置；21-碟簧；24-密封圈；26-金属密封钢圈；27-导向筒；28-密封圈；33-拉杆；331-止挡阶部；35-六角螺母；36-双头螺栓；37-吊环座；38-卸扣；39-开口弹簧销；P1-解锁通道；P2-锁紧通道；P3-二次解锁通道；50-外环形凸台；51-配合部位；各图中“→”表示加液压或位移方向。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本实用新型的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本实用新型的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本实用新型的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“实用新型”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的实用新型，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个实用新型或实用新型构思。

实施例1

如图1、图2、图3所示，为本实用新型的剖面示意图。位于中间的为连接器本体1，在连接器本体1中央为石油管道，连接器本体1的外周环设一个轴肩部，该轴肩部高出相邻的连接器本体的外壁。在连接器本体1的轴肩部还结合一个外筒体6，外筒体6通过防转销块4与连接器本体1的轴肩部固定连接，使外筒体6与连接器本体1之间无法相对转动。

如图1所示，该连接器本体1的下端内凹形成一个容腔，该容腔内设有金属密封钢圈26，可供另一个待对接的管道与其密封连接，连接器本体1下端内侧设有一个液压密封性能测试通道8和两个液压控制金属密封钢圈锁紧的通道（图1-4已绘轴向和径向的两个通道），液压密封性能测试通道8是测试管道对接后金属密封钢圈26的密封性，确认管道对接的完成。在容腔于金属密封钢圈26内侧还具有导向筒27，导向筒27的一端可螺接于连接器本体1，另一端延伸于该容腔内，该金属密封钢圈26位于该导向筒27与该容腔内壁之间，导向筒27用于帮助待接管道准确定位。在连接器本体的下端（容腔外）装设有卡牙装置20，卡牙装置20设于外容腔外外部，当卡牙装置20向中央收拢时，可将待接管道锁紧。卡牙装置20可接设于该连接器本体1的下端，或被一个支撑环13夹持在支撑环13的顶面与该连接器本体1的下端之间。

该外筒体6，呈管状结构，套设于该连接器本体1外侧，且向连接器本体1下端延伸的长度超过该连接器本体1本身的长度，本实用新型的外筒体6较佳设于连接器本体1的轴肩部的外侧，或与轴肩部固定连接，使外筒体6的内壁与该连接器本体1的外壁之间具有一个环形腔体结构，在该外筒体6的内壁中部设有一个环形凸台10，该环形凸台10伸向该环形腔体内部，但也不与连接本体外壁面1抵接，而是具有一间距，该间距用于容设一个环套形的活塞7。

该环套形的活塞7，套设于该连接器本体1外部，且位于该环形腔体内，且恰好位于该凸台10与连接器本体1所形成的间距内，并分别与凸台10以及连接器本体1形成紧配合。活塞7包括一个上端及一个下端，该上端伸出至该凸台10上方，且具有一个第一推抵部40，其较佳为与活塞7一体成型，第一推抵部40能够与外筒体6的内壁抵接，且能够与该凸台10的上端面相抵接；该活塞7下端固设有一个密封环12，该密封环12与该外筒体6的内壁面抵接，形成一个第二推抵部，该密封环12为螺纹密封环，可通过螺纹与活塞7的下端螺接；活塞7可沿该间距在腔体内上下移动，且移动至下方的最远距离时，活塞7的下端可到达该卡牙装置20的外侧。

外筒体6内有一个锁紧液压通道P2和一个解锁液压通道P1，如图2、图3所示，特别是图1的右侧，该锁紧液压通道P2的出油口连通至该凸台10下方，位于凸台10与第二推抵部12之间，而解锁液压通道P1连通至该凸台10上方，位于凸台10与第一推抵部40之间，当向该锁紧液压通道P2加压时，使第二推抵部12与该凸台10之间充满油压，推动该活塞7向下移动，活塞7的下端到达该卡牙装置20的外侧，使卡牙装置20向连接器本体1中央收拢，将伸入至该连接器本体1下端容腔内的管道锁紧。

请参照图5所示，为本实用新型卡牙装置20的结构示意图。该卡牙装置20由若干卡牙串联构成，且卡牙和卡牙之间通过碟簧21和定位销（未绘）连接，定位销装配在各碟簧21两端且连接于卡牙内部，使卡牙装置20构成环状结构，卡牙装置20在自然状态下呈外扩状，在各卡牙外侧对应活塞7处设有与活塞7下端对应的斜切面，各该卡牙还设有至少一个朝中心延伸的凸牙，用于锁紧待接的管接头。请参见图5，本实施例中所述的卡牙装置20是由8个对称的卡牙串连而成。该卡牙装置20可受活塞7上下移动而在法兰径向方向上运动，形成锁紧或释放；当活塞7下移推抵该卡牙装置20外侧的斜面时，卡牙装置20的各卡牙受挤压向中央收拢呈锁紧状，当活塞7远离卡牙装置20时，卡牙装置20借助碟簧21的弹性作用自然地张开呈释放状。

如图1、图2、图3所示，在连接器本体1的下方，除了连接有卡牙装置20之外，还依次连接有支撑环13和导向环15，支撑环13将卡牙装置20夹持在连接器本体1下端与该支撑环13顶面之间。当活塞7向下移动至到达卡牙装置20外侧时，支撑环13也能顶持该活塞7的下端面，以限制活塞7向下移动的最远距离。导向环15具有一个外扩口，其与支撑环13的内周面以及卡牙装置20内斜面构成喇叭形开口（各图式下方空白区域），这样的形状，有助于便利地导引待连接的管接头精准、快速地伸入至该连接器本体1的容腔内与金属密封环26连接。

支撑环13套设于该外筒体6内部，可通过防转销14与外筒体6固定连接，支撑环13在与外筒体6以防转销固定之前，其高度是旋转可调的，通过旋转支撑环13可以调节卡牙装置20的预紧力。导向环15通过至少一个内六角圆柱头螺钉16连接于支撑环13的下方。

在第一推抵部40与外筒体6内壁之间、该凸台10的内壁面与该活塞7之间、第二推抵部12与该外筒体6的内壁面之间装配分别装置有密封圈28、24、17，以增加液压解锁和开锁的灵敏性和安全性。

实施例2

在实施例1的技术方案的基础上，本实用新型还涉及了二次解锁液压通道P3，作为一次解锁液压通道失灵时的补救和冗余设计。

参见如图1、图2、图4所示，在图1的左侧还有一个二次解锁液压通道P3，该液压通道由外筒体6的外壁穿入至内部再连通至外壳体3与外筒体6相配合的位置。连接器本体1的轴肩部上方设有外壳体3，外壳体3套设于部分的外筒体6的上部及连接器本体1的外部且能够相对外筒体6滑动，在各活塞7的上端螺接至少一个拉杆33，拉杆33贯穿连接器本体1的轴肩部和外壳体3，在伸出该外壳体3的上端面处设有设有一个止挡阶部331，当该二次解锁液压通道P3中加油压时，可推抵该外壳体3远离该外筒体6，而外壳体3上移时可借助止挡阶部331拉动拉杆33一起上移，使活塞7被带动向上滑动而活塞7的下端离开卡牙装置20，使卡牙装置20失去约束，待接管道处于解锁状态。

为了便于二次解锁液压通道P3的液压在轴向上对外壳体3产生推移作用，较佳在外筒体6的外壁亦设有一个外环形凸台50，外环形凸台50与外壳体内侧的阶部形成一个配合部位51，该二次解锁液压通道P3由外筒体6外部通向该配合部位51。此外，外壳体3相对于该外筒体6的外壁滑动，其间也设有一个密封圈，以密封二次解锁液压通道P3的油压。在环套形活塞7的上端连接的拉杆33的数量不限制，但最好是能够均分分布于活塞7上，较佳为3、4或6个，只要能够起到平稳地拉动活塞7上移即可。

实施例3

在实施例1或实施例2的基础上，本实施例还增设了一套机械式解锁机制。

如图1-4任一图所示，具体是在各拉杆33伸出该连接器本体1的上端共同连接于一个提升环2，提升环3沿轴向依次连接一个双头螺栓36、吊环座37、卸扣38和开口弹簧销39。拉杆33的上端具有螺纹段，其穿设于提升环2的螺孔后，再以螺母35进行固结。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型创造所作的举例，而并非对本实用新型创造具体实施方式的限定。为了清楚地说明各部件的组合关系，上面对各种说明性的部件及其连接关系围绕其功能进行了一般地描述，至于这种部件的组合是实现哪种功能，取决于特定的应用和对整个装置所施加的设计约束条件。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所引伸出的任何显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造权利要求的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种液压控制的水下管道对接锁紧装置，其特征包括：

一个连接器本体，该本体中心为石油管道，该本体环向凸设一轴肩部，该连接本体下端内凹形成一个容腔，容腔内装配有金属密封钢圈，该连接器本体的下端连接有卡牙装置；

一个外筒体，呈管状结构，套设于该连接器本体的外侧且与该轴肩部固定结合；

一个环套形的活塞，设于该外筒体与该连接器本体之间，该活塞与外筒体内壁之间形成至少两个密封腔，该活塞能紧贴于该连接器本体的外壁且上下移动，其移动至下方最远距离时，该活塞能够到达该卡牙装置的外侧；

该外筒体内部设有一个锁紧液压通道和一个解锁液压通道，分别对应连接至所述至少两个密封腔之一，当向其中一个密封腔加液压时，推动该活塞向下移动至该卡牙装置的外侧，挤压卡牙装置向连接器本体中央收拢，将伸入至该连接器本体下端容腔内的管道锁紧；反之，当向另一个密封腔加液压时，推动该活塞移动并远离该卡牙装置外侧，使卡牙装置回复至松释状态。

2.根据权利要求1所述的液压控制的水下管道对接锁紧装置，其特征在于：在该外筒体内壁面的中部位置环设有一个凸台，该活塞紧配于该凸台与该连接器本体外壁之间，其包括一个上端及一个下端，该上端伸出至该凸台上方，且该上端具有一个第一推抵部，该第一推抵部与该外筒体的内壁面抵接；该活塞下端固设有一个密封环，该密封环与该外筒体的内壁面抵接，形成一个第二推抵部；该锁紧液压通道连通至该凸台与该第二推抵部之间所形成的密封腔，而该解锁液压通道连通至该凸台与该第一推抵部之间所形成的密封腔。

3.根据权利要求1或2所述的液压控制的水下管道对接锁紧装置，其特征在于：该连接器本体向下依次还连接一个支撑环和一个导向环，该支撑环位于该卡牙装置下方，该支撑环套设于该外筒体内部且与该外筒体固定结合，该导向环抵接于该外筒体的下端，并通过防转动销固定装配于该支撑环上，该导向环具有一个外扩口，其与支撑环的内周面以及卡牙装置内斜面构成喇叭形开口。

4.根据权利要求3所述的液压控制的水下管道对接锁紧装置，其特征在于：该支撑环将该卡牙装置夹持于该连接器本体与支撑环之间，该支撑环相对于该外筒体的高度为旋转可调，通过调节该支撑环的高度以调节该卡牙装置的预紧力。

5.根据权利要求2所述的液压控制的水下管道对接锁紧装置，其特征在于：于该连接器本体的轴肩部上方还设有一个外壳体，该外壳体套设于部分的该外筒体及该连接器本体的外部，在该活塞的上端连接至少一个拉杆，该拉杆贯穿该连接器本体的轴肩部和该外壳体，在拉杆伸出该外壳体的上端面处设有设有一个止挡阶部，在该外壳体与该外筒体之间连通一个二次解锁液压通道，当该二次解锁液压通道中加油压时，可推抵该外壳体远离该外筒体移动，该外壳体上移并借助该止挡阶部使该拉杆连动该活塞一起上移，该活塞远离该卡牙装置外侧，使卡牙装置回复至松释状态。

6.根据权利要求5所述的液压控制的水下管道对接锁紧装置，其特征在于：在该外筒体的外壁亦设有一个外环形凸台，该外环形凸台与外壳体内侧的阶部形成一个配合部位，该二次解锁液压通道由该外筒体通向该配合部位。

7.根据权利要求5或6所述的液压控制的水下管道对接锁紧装置，其特征在于：所述各拉杆伸出该连接器本体的上端共同连接于至少一个提升环，该提升环沿轴向依次连接一个双头螺栓、吊环座、卸扣和开口弹簧销。

8.根据权利要求1所述的液压控制的水下管道对接锁紧装置，其特征在于：该连接器本体内设有连接至该金属密封圈的测试通道，该测试通道用于确认待接管道与该金属密封圈配合后的密封性。

9.根据权利要求1所述的液压控制的水下管道对接锁紧装置，其特征在于：该卡牙装置由若干卡牙串联构成，且卡牙和卡牙之间通过碟簧和定位销连接，定位销装配在各碟簧两端且连接于卡牙内部，使卡牙装置构成环状结构，卡牙装置在自然状态下呈外扩状，在各卡牙外侧对应活塞处设有与活塞下端对应的斜切面，各该卡牙还设有至少一个朝中心延伸的凸牙。

10.根据权利要求6所述的液压控制的水下管道对接锁紧装置，其特征在于：该凸台内壁与该活塞之间、该第一推抵部与该外筒体的内壁面之间、以及该第二推抵部与该外筒体的内壁面之间、以及该外壳体内壁面与该筒体外壁面相对接之处均设有O型密封圈。