CN205422658U - 弹性限弯环形结构连接器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了弹性限弯环形结构连接器，包括第一连接部件、第二连接部件、多串碟形弹簧组分内外两侧布置外侧碟形弹簧组包括上段外碟形弹簧组、中段外碟形弹簧组和下段外碟形弹簧组，第一连接部件设有内外法兰，第一外法兰上设有多个第一外法兰孔，第二连接部件设有内外法兰，第二外法兰上设有多个第二外法兰孔，外法兰上的外碟形弹簧组分上中下三段设置，内法兰上的弹簧组根据受力不同区别设置：连接器承受预压力时，分上中下三段设置；连接器受巨大预拉力时，可以不需要中段弹簧；连接器受力很小时，可以取消内法兰。本实用新型非常适合于深海油气田设施各类立管导向塔的连接。

Description

弹性限弯环形结构连接器

【技术领域】

本实用新型涉及弹性限弯环形结构连接器。

【背景技术】

国内外现有深水小油田开发主要是采用多油田联合同时开发和依托附近已建油田设施开发两种解决方案。由于此单井产量高，井数很少，生产期较短，累计可采储量较高的小油田可以采用水下井口和FPSO独立开发方案。因此导致很多远离已建油田设施的深水小油田，自从完成发现井及评价井的钻探并试油后，经长期研究仍未能实现商业性开发生产。例如：中国南海的陆丰15-1；陆14-1等一些孤立存在的边际小油田，最近完成的评价研究结果发每个油的技术可采储量400百万方左右，但经济可采储量为零。

【发明内容】

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种弹性限弯环形结构连接器，适用于深海油气田设施各类立管导向塔，从而能够大大减小结构弯曲应力，并保证其摆动角度在设计允许范围内。

一种带双侧法兰的弹性限弯环形结构连接器，包括第一连接部件、第二连接部件、多串外碟形弹簧组和多串内碟形弹簧组，所述外碟形弹簧组包括上段、中段和下段外碟形弹簧组，所述内碟形弹簧组包括上段和下段碟形弹簧组，所述第一连接部件设置具有多个第一外法兰孔的第一外法兰、以及具有多个第一内法兰孔的第一内法兰，所述第二连接部件设置具有多个第二外法兰孔的第二外法兰、以及具有多个第二内法兰孔的第二内法兰，所述外碟形弹簧组的组装轴穿过所述第一外法兰孔和对应的第二外法兰孔，所述上段外碟形弹簧组设置在所述外碟形弹簧组的组装轴的第一端与第一连接部件之间，所述中段外碟形弹簧组设置在所述第一连接部件与第二连接部件之间，所述下段外碟形弹簧组设置在所述第二连接部件与所述外碟形弹簧组的组装轴的第二端之间；所述内碟形弹簧组的组装轴穿过所述第一内法兰孔和对应的第二内法兰孔，所述内碟形弹簧组的上段碟形弹簧组设置在所述内碟形弹簧组的组装轴的第一端与第一连接部件之间，所述下段碟形弹簧组设置在所述内碟形弹簧组的组装轴的第二端与第二连接部件之间。

一种弹性限弯环形结构连接器，包括第一连接部件、第二连接部件、多串外碟形弹簧组，所述外碟形弹簧组包括上段外碟形弹簧组、中段外碟形弹簧组和下段外碟形弹簧组，所述第一连接部件设有第一外法兰，所述第一外法兰上设有多个第一外法兰孔，所述第二连接部件设有第二外法兰，所述第二外法兰上设有多个第二外法兰孔，所述外碟形弹簧组的组装轴穿过所述第一外法兰孔和对应的第二外法兰孔，所述上段外碟形弹簧组设置在所述外碟形弹簧组的组装轴的第一端与第一连接部件之间，所述中段外碟形弹簧组设置在所述第一连接部件与第二连接部件之间，所述下段外碟形弹簧组设置在所述第二连接部件与所述外碟形弹簧组的组装轴的第二端之间。

还包括多串内碟形弹簧组，所述内碟形弹簧组包括上段碟形弹簧组和下段碟形弹簧组，所述第一连接部件还设有第一内法兰，所述第一内法兰上设有多个第一内法兰孔，所述第二连接部件还设有第二内法兰，所述第二内法兰上设有多个第二内法兰孔，所述内碟形弹簧组的组装轴穿过所述第一内法兰孔和对应的第二内法兰孔，所述上段碟形弹簧组设置在所述内碟形弹簧组的组装轴的第一端与第一连接部件之间，所述下段碟形弹簧组设置在所述内碟形弹簧组的组装轴的第二端与第二连接部件之间。

从所述第一外法兰孔的中间至所述第一外法兰孔第一端，所述第一外法兰孔的大小逐渐增大、且第一外法兰孔纵截面的内壁是倾斜的，从所述第一外法兰孔的中间至所述第一外法兰孔第二端，所述第一外法兰孔的大小逐渐增大、且第一外法兰孔纵截面的内壁是倾斜的，

和/或，从所述第二外法兰孔的中间至所述第二外法兰孔第一端，所述第二外法兰孔的大小逐渐增大、且第二外法兰孔纵截面的内壁是倾斜的，从所述第二外法兰孔的中间至所述第二外法兰孔第二端，所述第二外法兰孔的大小逐渐增大、且第二外法兰孔纵截面的内壁是倾斜的。

所述第一连接部件包括上圆筒，远离第一连接部件的法兰的上圆筒的壁厚逐渐减小。

所述第二连接部件包括上圆筒，远离第二连接部件的法兰的上圆筒的壁厚逐渐减小。

所述第一内法兰孔均匀分布于所述第一内法兰，所述第一外法兰孔均匀分布于所述第一外法兰，所述第二内法兰孔均匀分布于所述第二内法兰，所述第二外法兰孔均匀分布于所述第二外法兰。

所述第一连接部件还包括靠近所述第二连接部件的下圆筒，所述第二连接部件还包括靠近所述第一连接部件的上圆筒，所述第一连接部件的下圆筒与所述第二连接部件的上圆筒之间设有一对侧向承载环。

从所述第一内法兰孔的中间至所述第一内法兰孔第一端，所述第一内法兰孔的大小逐渐增大、且第一内法兰孔纵截面的内壁是倾斜的，所述第一内法兰孔的中间至所述第一内法兰孔第二端，所述第一内法兰孔的大小逐渐增大、且第一内法兰孔纵截面的内壁是倾斜的，

和/或，从所述第二内法兰孔的中间至所述第二内法兰孔第一端，所述第二内法兰孔的大小逐渐增大、且第二内法兰孔纵截面的内壁是倾斜的，所述第二内法兰孔的中间至所述第二内法兰孔第二端，所述第二内法兰孔的大小逐渐增大、且第二内法兰孔纵截面的内壁是倾斜的。

所述上段外碟形弹簧组与所述外弹簧组装轴的第一端之间设有垫片，所述上段外碟形弹簧组与第一连接部件之间设有垫片，所述中段外碟形弹簧组与第一连接部件之间设有垫片，所述中段外碟形弹簧组与第二连接部件之间设有垫片，所述下段外碟形弹簧组与所述第二连接部件之间设有垫片，所述下段外碟形弹簧组与所述外弹簧组装轴的第二端之间设有垫片。

本实用新型的有益效果是：本弹性限弯环形结构连接器可以大大减少结构弯曲应力，减少摆动角度，防止内部的各类立管产生破坏，因此非常适合于深水油气田设施各类立管导向塔的连接。

【附图说明】

图1是本实用新型一种实施例的弹性限弯环形结构连接器的第一连接部件的结构示意图；

图2是本实用新型一种实施例的弹性限弯环形结构连接器的第二连接部件的结构示意图；

图3是本实用新型一种实施例的弹性限弯环形结构连接器的第一连接部件的剖视示意图；

图4是本实用新型一种实施例的弹性限弯环形结构连接器的第二连接部件的剖视示意图；

图5是图3的第一连接部件的局部剖视示意图；

图6是图4的第二连接部件的局部剖视示意图；

图7是图1的弹性限弯环形结构连接器的俯视示意图；

图8是本实用新型一种实施例的弹性限弯环形结构连接器的剖视示意图；

图9图8的局部示意图；

图10是本实用新型一种实施例的弹簧组装轴剖视示意图；

图11是本实用新型一种实施例的弹性限弯环形结构连接器的锁紧部件示意图；

图12是图11的C-C剖视图；

图13是图11的B-B剖视图；

图14是图11的A-A剖视图；

图15是图11的D-D剖视图。

【具体实施方式】

以下对实用新型的较佳实施例作进一步详细说明。

如图1至15所示，一种实施例的弹性限弯环形结构连接器，弹性限弯环形结构连接器的横截面可以是环形(即弹性限弯环形连接器)、多边形(三角形、四边形、六边形等)、椭圆形等，均在本实施例保护的范围，包括第一连接部件1、第二连接部件2、多组外碟形弹簧组和多个外弹簧限位轴36，所述外碟形弹簧组包括上段外碟形弹簧组31、中段外碟形弹簧组32和下段外碟形弹簧组33，所述第一连接部件1设有外法兰13，所述第二连接部件2设有外法兰23，所述外部弹簧组装轴36穿过所述第一外法兰孔14和对应的第二外法兰孔24，所述上段外碟形弹簧组31设置在所述外弹簧组装轴36的第一端361与第一连接部件1之间，所述中段外碟形弹簧组32设置在所述第一连接部件1与第二连接部件2之间，所述下段外碟形弹簧组33设置在所述第二连接部件2与所述外弹簧组装轴36的第二端362之间。

上述弹性限弯环形结构连接器可以用于深水油气田设施各类立管导向塔的连接，第一连接部件1连接(如焊接)上段导向塔，第二连接部件2连接(如焊接)下段导向塔，而外碟形弹簧组和外弹簧组装轴36起到连接第一连接部件1和第二连接部件2的作用。由于通常状态的碟形弹簧能产生压缩弹力而不能起到拉伸弹力，通过将外碟形弹簧组分成上段外碟形弹簧组31、中段外碟形弹簧组32和下段外碟形弹簧组33，可以使整组外碟形弹簧组能够产生沿导向塔轴向的拉伸弹力和压缩弹力。上段外碟形弹簧组31、中段外碟形弹簧组32和下段外碟形弹簧组33的初始压缩状态(即当连接器不受外力作用的情况下)是可以调节的，以适应不同的工作状态。当连接器受到轴向的拉力时，上段外碟形弹簧组31和下段外碟形弹簧组33都将被压缩而变短，从而弹力增大，而中段外碟形弹簧组32压缩释放而变长，从而弹力减小甚至可能变为0；当连接器受到轴向的压力时，中部外碟形弹簧组32受到压缩而变短，从而弹力增大，上段外碟形弹簧组31和下段外碟形弹簧组33压缩释放，从而弹力减小甚至可能变为0；当连接器受到径向的作用力而弯曲时，每组外碟形弹簧组将产生不同大小的弹性反力，并因此产生与弯曲力矩大小相等、方向相反的抗弯恢复力矩。

由于导向塔在波浪、流等环境载荷的作用下，会产生剪力与弯矩，由于第一连接部件1和第二连接部件2的外法兰分布有多组外碟形弹簧组和多个外弹簧组装轴36，因此整组外碟形弹簧组能够很好地减小这种剪力和弯矩，减小导向塔摆动幅度，以防止导向塔及其内部结构破坏。

在一个实施例中，连接器还包括多组内碟形弹簧组和多个内弹簧组装轴37，所述内碟形弹簧组包括上段内碟形弹簧组34和下段内碟形弹簧组35，所述第一连接部件1内法兰11，所述第二连接部件2内法兰21，所述内弹簧组轴37穿过所述第一内法兰孔12和对应的第二内法兰孔22，所述上段内碟形弹簧组34设置在所述内弹簧组装轴37的第一端371与第一连接部件1之间，所述下段内碟形弹簧组35设置在所述内弹簧组装轴37的第二端372与第二连接部件2之间。

通过采用多组内碟形弹簧组和多个内弹簧组装轴，充分利用了连接器内的空间，并可以提高连接器抗拉、抗压、抗弯的性能，大大减小导向塔的弯曲应力,进一步保证其在设计范围内安全摆动。

在一个实施例中，所述内碟形弹簧组还包括中段碟形弹簧组(图中未示出)，所述中段碟形弹簧组设置在所述第一连接部件1与第二连接部件2之间。中段碟形弹簧组可以大大提高连接器承受抗压与抗弯的性能。

在一个实施例中，如图1至5所示，从所述第一外法兰孔14的中间至所述第一外法兰孔第一端，所述第一外法兰孔14的大小逐渐增大、且第一外法兰孔纵截面的内壁是倾斜的，从所述第一外法兰孔14的中间至所述第一外法兰孔第二端，所述第一外法兰孔14的大小逐渐增大、且第一外法兰孔纵截面的内壁是倾斜的，从所述第二外法兰孔24的中间至所述第二外法兰孔第一端，所述第二外法兰孔24的大小逐渐增大、且第二外法兰孔纵截面的内壁是倾斜的，从所述第二外法兰孔24的中间至所述第二外法兰孔第二端，所述第二外法兰孔24的大小逐渐增大、且第二外法兰孔纵截面的内壁是倾斜的。

当连接器在外力的作用下弯曲时，外弹簧组装轴36将会受力倾斜，如果第一外法兰孔14沿轴向方向的大小是相同的，外弹簧组装轴36将会顶在第一外法兰孔14的口边沿上，从而导致应力集中，容易造成外弹簧组装轴36断裂。

在一个实施例中，由于外碟形弹簧组和外弹簧组装轴的存在，内碟形弹簧组和内弹簧组装轴受到的应力较小，因此第一内法兰孔12和第二内法兰孔22的可以不采用第一外法兰孔14和第二外法兰孔24的设计，而采用宽度相同的孔即可，为了进一步提高连接器的安全性，也可以采用第一外法兰孔14和第二外法兰孔24的设计(图中未示出)：从所述第一内法兰孔12的中间至所述第一内法兰孔12第一端，所述第一内法兰孔12的大小逐渐增大、且第一内法兰孔纵截面的内壁是倾斜的，从所述第一内法兰孔12的中间至所述第一内法兰孔第二端，所述第一内法兰孔的大小逐渐增大、且第一内法兰孔纵截面的内壁是倾斜的，从所述第二内法兰孔22的中间至所述第二内法兰孔第一端，所述第二内法兰孔22的大小逐渐增大、且第二内法兰孔纵截面的内壁是倾斜的，从所述第二内法兰孔22的中间至所述第二内法兰孔第二端，所述第二内法兰孔22的大小逐渐增大、且第二内法兰孔纵截面的内壁是倾斜的。

所述第一连接部件1包括远离所述第二连接部件2的上圆筒16和靠近第二连接部件2的下圆筒15，远离第一连接部件1的法兰的上圆筒的壁厚逐渐减小，所述第二连接部件2包括远离所述第一连接部件1的下圆筒25和靠近第一连接部件1的上圆筒26，远离第二连接部件2的法兰的下圆筒的壁厚逐渐减小。由于连接器会受到较大的应力，因此圆筒的厚度要大些，但是由于安装、更换碟形弹簧片的需要，圆筒16上部分要薄些以方便安装，通过斜面161的过渡，当外弹簧组装轴36倾斜时可以与圆筒16形成面接触，不容易造成应力集中。

在一个实施例中，所述第一连接部件1包括第一内法兰11和第一外法兰13，第一内法兰11、第一外法兰13、上圆筒16和下圆筒15一体成型，所述第二连接部件2包括第二内法兰21和第二外法兰23，第二内法兰21、第二外法兰23、上圆筒26和下圆筒25一体成型，所述第一内法兰孔12位于所述第一内法兰11，所述第一外法兰孔14位于所述第一外法兰13，所述第二内法兰孔22位于所述第二内法兰21，所述第二外法兰孔24位于所述第二外法兰23。

多个第一内法兰孔12均匀地分布于所述第一内法兰，多个所述第一外法兰孔14均匀分布于所述第一外法兰，多个第二内法兰孔22均匀分布于所述第二内法兰，多个第二外法兰孔24均匀分布于所述第二外法兰，均匀分布可以使各组碟形弹簧受力尽量保持均衡。

在一个实施例中，所述第一连接部件1的下圆筒15与所述第二连接部件2的上圆筒26之间设有一对侧向承载环17。在一个实施例中，上圆筒26套在下圆筒15外面。

在一个实施例中，每一组的碟形弹簧组与其接触的第一连接部件1、第二连接部件2或弹簧组装轴之间设置有垫片，以防止法兰磨损，进而影响连接器的寿命。如，所述上段外碟形弹簧组31与所述外弹簧组装轴36的第一端361之间设有垫片，所述上段外碟形弹簧组31与第一连接部件1之间设有垫片，所述中段外碟形弹簧组32与第一连接部件1之间设有垫片，所述中段外碟形弹簧组32与第二连接部件2之间设有垫片，所述下段外碟形弹簧组33与所述第二连接部件2之间设有垫片，所述下段外碟形弹簧组33与所述外弹簧组装轴36的第二端362之间设有垫片。

在一个实施例中，如图10所示，外弹簧组装轴36的第二端362是环形凸起，第一端361一端设有环形凹槽363，通过锁紧部件将外碟形弹簧组31限定在外弹簧组装轴36上。锁紧部件包括第一锁紧块41、第二锁紧块42、第一紧固件43和第二紧固件44，第二锁紧块42上设有凸块421和凸块422，第一锁紧块41上设有相应的两个凸块缺口，第一锁紧块41上设有与外弹簧组装轴36的外形配合的圆柱面缺口，第二锁紧块42也设有与外弹簧组装轴36的外形配合的圆柱面缺口，第二锁紧块42上设有两个贯穿的紧固件孔，所述两个紧固件孔分别穿过凸块421和凸块422，第一锁紧块41上也设有两个贯穿的紧固件孔，所述两个紧固件孔分别穿过凸块缺口。

将凸块421和凸块422分别插入对应的凸块缺口，并使第一锁紧块41和第二锁紧块42的圆柱面缺口紧贴外弹簧组装轴36的环形凹槽363，即环形凹槽363处的外弹簧组装轴36穿过第一锁紧块41和第二锁紧块42的圆柱面缺口围成的空间，然后分别将第一紧固件43和第二紧固件44穿过对应的紧固件孔，从而将外碟形弹簧组限定在外弹簧组装轴36上。其余的弹簧组装轴也可以采用相同的限定碟形弹簧组方式，在此不再赘述。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种带双侧法兰的弹性限弯环形结构连接器，其特征是，包括第一连接部件、第二连接部件、多串外碟形弹簧组和多串内碟形弹簧组，所述外碟形弹簧组包括上段、中段和下段外碟形弹簧组，所述内碟形弹簧组包括上段和下段碟形弹簧组，所述第一连接部件设置具有多个第一外法兰孔的第一外法兰、以及具有多个第一内法兰孔的第一内法兰，所述第二连接部件设置具有多个第二外法兰孔的第二外法兰、以及具有多个第二内法兰孔的第二内法兰，所述外碟形弹簧组的组装轴穿过所述第一外法兰孔和对应的第二外法兰孔，所述上段外碟形弹簧组设置在所述外碟形弹簧组的组装轴的第一端与第一连接部件之间，所述中段外碟形弹簧组设置在所述第一连接部件与第二连接部件之间，所述下段外碟形弹簧组设置在所述第二连接部件与所述外碟形弹簧组的组装轴的第二端之间；所述内碟形弹簧组的组装轴穿过所述第一内法兰孔和对应的第二内法兰孔，所述内碟形弹簧组的上段碟形弹簧组设置在所述内碟形弹簧组的组装轴的第一端与第一连接部件之间，所述下段碟形弹簧组设置在所述内碟形弹簧组的组装轴的第二端与第二连接部件之间。

2.一种弹性限弯环形结构连接器，其特征是，包括第一连接部件、第二连接部件、多串外碟形弹簧组，所述外碟形弹簧组包括上段外碟形弹簧组、中段外碟形弹簧组和下段外碟形弹簧组，所述第一连接部件设有第一外法兰，所述第一外法兰上设有多个第一外法兰孔，所述第二连接部件设有第二外法兰，所述第二外法兰上设有多个第二外法兰孔，所述外碟形弹簧组的组装轴穿过所述第一外法兰孔和对应的第二外法兰孔，所述上段外碟形弹簧组设置在所述外碟形弹簧组的组装轴的第一端与第一连接部件之间，所述中段外碟形弹簧组设置在所述第一连接部件与第二连接部件之间，所述下段外碟形弹簧组设置在所述第二连接部件与所述外碟形弹簧组的组装轴的第二端之间。

3.如权利要求2所述的弹性限弯环形结构连接器，其特征是，还包括多串内碟形弹簧组，所述内碟形弹簧组包括上段碟形弹簧组和下段碟形弹簧组，所述第一连接部件还设有第一内法兰，所述第一内法兰上设有多个第一内法兰孔，所述第二连接部件还设有第二内法兰，所述第二内法兰上设有多个第二内法兰孔，所述内碟形弹簧组的组装轴穿过所述第一内法兰孔和对应的第二内法兰孔，所述上段碟形弹簧组设置在所述内碟形弹簧组的组装轴的第一端与第一连接部件之间，所述下段碟形弹簧组设置在所述内碟形弹簧组的组装轴的第二端与第二连接部件之间。

4.如权利要求2所述的弹性限弯环形结构连接器，其特征是，

从所述第一外法兰孔的中间至所述第一外法兰孔第一端，所述第一外法兰孔的大小逐渐增大、且第一外法兰孔纵截面的内壁是倾斜的，从所述第一外法兰孔的中间至所述第一外法兰孔第二端，所述第一外法兰孔的大小逐渐增大、且第一外法兰孔纵截面的内壁是倾斜的，

和/或，从所述第二外法兰孔的中间至所述第二外法兰孔第一端，所述第二外法兰孔的大小逐渐增大、且第二外法兰孔纵截面的内壁是倾斜的，从所述第二外法兰孔的中间至所述第二外法兰孔第二端，所述第二外法兰孔的大小逐渐增大、且第二外法兰孔纵截面的内壁是倾斜的。

5.如权利要求2所述的弹性限弯环形结构连接器，其特征是，

所述第一连接部件包括上圆筒，远离第一连接部件的法兰的上圆筒的壁厚逐渐减小。

6.如权利要求2所述的弹性限弯环形结构连接器，其特征是，

所述第二连接部件包括上圆筒，远离第二连接部件的法兰的上圆筒的壁厚逐渐减小。

7.如权利要求3所述的弹性限弯环形结构连接器，其特征是，所述第一内法兰孔均匀分布于所述第一内法兰，所述第一外法兰孔均匀分布于所述第一外法兰，所述第二内法兰孔均匀分布于所述第二内法兰，所述第二外法兰孔均匀分布于所述第二外法兰。

8.如权利要求5所述的弹性限弯环形结构连接器，其特征是，所述第一连接部件还包括靠近所述第二连接部件的下圆筒，所述第二连接部件还包括靠近所述第一连接部件的上圆筒，所述第一连接部件的下圆筒与所述第二连接部件的上圆筒之间设有一对侧向承载环。

9.如权利要求3所述的弹性限弯环形结构连接器，其特征是，

从所述第一内法兰孔的中间至所述第一内法兰孔第一端，所述第一内法兰孔的大小逐渐增大、且第一内法兰孔纵截面的内壁是倾斜的，所述第一内法兰孔的中间至所述第一内法兰孔第二端，所述第一内法兰孔的大小逐渐增大、且第一内法兰孔纵截面的内壁是倾斜的，

和/或，从所述第二内法兰孔的中间至所述第二内法兰孔第一端，所述第二内法兰孔的大小逐渐增大、且第二内法兰孔纵截面的内壁是倾斜的，所述第二内法兰孔的中间至所述第二内法兰孔第二端，所述第二内法兰孔的大小逐渐增大、且第二内法兰孔纵截面的内壁是倾斜的。

10.如权利要求2所述的弹性限弯环形结构连接器，其特征是，

所述上段外碟形弹簧组与所述外碟形弹簧组的组装轴的第一端之间设有垫片，所述上段外碟形弹簧组与第一连接部件之间设有垫片，所述中段外碟形弹簧组与第一连接部件之间设有垫片，所述中段外碟形弹簧组与第二连接部件之间设有垫片，所述下段外碟形弹簧组与所述第二连接部件之间设有垫片，所述下段外碟形弹簧组与所述外碟形弹簧组的组装轴的第二端之间设有垫片。