一种海底管道连接作业管段轴向对中装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种海底管道连接作业管段轴向对中装置，应用于管段连接时的水下对中。该管段轴向对中装置采用全对称构造，并依据海管卡紧器的快速卡紧、管段对中器的对中定位、管段支撑器的轴向支撑、升降限位器的双向限位及液缸顶升器和液缸周推器提供的推进动力，实现海底管道管段间的轴向对中；海管卡紧器采用卧式壳体并依靠液缸周推器完成前卡体和后卡体与海底管道间的水下快速卡紧，管段对中器依据对中基体的基准定位作用并结合对中筒和支撑筒间的移动副完成两管段的水下对中定位，管段支撑器依据液缸顶升器并结合支撑筒提供的升降滑道完成两管段的水下支撑，升降限位器依据上下两层限位销实现管段支撑器轴向支撑中的双向限位。

Axial alignment device for pipe connection operation of submarine pipeline

The invention provides an axial alignment device for submarine pipeline connecting operation pipeline segment, which is applied to underwater alignment when pipeline segment is connected. The axial alignment device of the pipeline segment adopts a fully symmetrical structure, and realizes the axial alignment between the pipeline segments according to the fast clamping of the pipeline segment, the alignment of the pipeline segment alignment device, the axial support of the pipeline segment support, the bi-directional limit of the lift limiter and the propulsion power provided by the hydraulic jack and the hydraulic cylinder circumferential thruster. The pipe clamp adopts horizontal shell and relies on hydraulic cylinder circumferential thruster to complete underwater fast clamping between the front and rear clamps and submarine pipelines. The pipe segment alignment device accomplishes underwater alignment of the two pipe segments according to the reference positioning function of the center substrate and the moving pair between the center cylinder and the support cylinder. The pipe segment support device accomplishes underwater alignment of the two pipe segments according to the hydraulic cylinder jack-up device. Combined with the lifting slide provided by the support cylinder to complete the underwater support of the two sections, the lifting limiter realizes the bi-directional limit in the axial support of the segment support according to the upper and lower limit pins.

【技术实现步骤摘要】
一种海底管道连接作业管段轴向对中装置
本专利技术涉及一种海洋工程领域连接海底管道时用的对中装置，特别是涉及一种海底管道水下连接作业中的管段轴向对中装置。
技术介绍
深水油气田的水下连接技术中使用ROV(RemotelyOperatedVehicle)，并需要研发专门的水下连接器，水下连接器通常既能用于垂直连接，也可以用作水平连接，所不同的是连接作业过程中所使用的施工作业机具和难易程度以及作业成本。深水油气田开发中，垂直连接技术和水平连接技术的施工作业过程最大区别在于对中装置及其对中方法，垂直连接作业的对中包括粗对中和精对中两种。其中，粗对中的方法为，施工作业机具的上方设有对中喇叭口，且对中喇叭口内布置圆环，连接作业中将圆环套入施工作业机具下毂座的对中机构。精对中的方法为，施工作业机具的上毂座和下毂座依据止口结构的配合而保持同轴心的状态，并通过密封圈实现连接部位的密封。水平连接作业的导向对中包括ROVCON对中技术、STABCON对中技术和UCON对中技术，ROVCON对中技术采用部分吊绳作为导向绳进行对中，导向绳的一端悬挂于施工作业机具毂座的两侧，而导向绳的另一端则利用ROV逐步收紧，从而使水下连接器接近毂座并实现对中。STABCON对中技术是设计专门的导向锥筒作为垂直导向机构，水下连接器首先依据导向锥筒完成垂直导向并对接至施工作业机具毂座的垂直接收器上，而后依靠ROV完成水下连接器的水平推进，而最终达到对中的目的。UCON对中技术由FMC公司设计，它与STABCON对中技术类似，设计专门的导引槽而使水下连接器完成垂直导向，并对接至施工作业机具毂座的定位器上，而后依靠液压缸完成水下连接器的水平推进并对中。目前，国外已有多家公司具备了水下连接器的设计和制造技术，而且产品呈现多样化。由于我国深水油气的开发起步较晚，水下连接海底管道技术及其对中装置尚处于研发阶段，还不具备独自完成深海作业的能力。
技术实现思路
为了有效解决海底管道的水下快速连接问题并克服国内现有海底管道水下对中技术及其作业方案存在的缺陷和不足，本专利技术的目的是提供一种海底管道水下连接作业时用的管段轴向对中装置。该管段轴向对中装置采用全对称构造，并依据海管卡紧器的快速卡紧、管段对中器的对中定位、管段支撑器的轴向支撑、升降限位器的双向限位以及液缸顶升器和液缸周推器提供的推进动力，实现海底管道两管段之间的轴向对中。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种海底管道连接作业管段轴向对中装置，该管段轴向对中装置主要由海管卡紧器、管段对中器、管段支撑器、升降限位器、液缸顶升器和液缸周推器组成。该管段轴向对中装置整体设计为左右全对称构造，其海管卡紧器、管段对中器、管段支撑器和升降限位器的主体部件材质均选用超级双向不锈钢，海管卡紧器、管段支撑器、升降限位器、液缸顶升器和液缸周推器均采用分体式结构并沿轴向依次对称布置于管段对中器的两侧，而管段对中器则采用单体式结构，海管卡紧器和管段支撑器依次放置于管段对中器的上方和下方，升降限位器则置入管段对中器的对中筒内。海管卡紧器采用截面呈R形的卧式壳体，并依据液缸周推器提供的推进动力完成前卡体和后卡体与海底管道间的水下快速卡紧，它包括前卡体、后卡体、卡紧支托、加强座、卡锁块和卡锁体。前卡体和后卡体分别套于海底管道的前部和后部，前卡体采用半剖式筒体，而后卡体则采用半剖式筒体和矩形钢板相结合的构造，后卡体矩形钢板的下端依次设置矩形连接板和L形角槽，且前卡体和后卡体的半剖式筒体对称布置并整合成一个完整的厚壁筒体。前卡体和后卡体的顶部设置对称分布的两组卡紧销套，前卡体的每组卡紧销套沿轴向等间距排列两个分卡紧销套，而后卡体的每组卡紧销套沿轴向等间距排列三个分卡紧销套，且前卡体和后卡体的分卡紧销套之间交错布置并配置卡紧销轴，从而将前卡体和后卡体铰接在一起。前卡体和后卡体半剖式筒体的上部和下部设置对称分布的两组圆台，前卡体和后卡体半剖式筒体上部的每组圆台沿轴向等间距排列三个锥形圆台，前卡体半剖式筒体下部的每组圆台沿轴向等间距排列两个锥形圆台，而后卡体半剖式筒体下部的每组圆台沿轴向等间距排列两个柱状圆台，每个锥形圆台和柱状圆台的中央部位设有长孔眼并配置卡紧螺柱，从而实现前卡体和后卡体与海底管道之间的连接。后卡体与加强座的结合部位自上而下依次设有卡紧圆孔和条形卡槽，后卡体卡紧圆孔的位置和规格与后卡体的柱状圆台相同，同时后卡体的条形卡槽实现加强座的定位。前卡体半剖式筒体的下部设有沿轴向对称布置的两个卡锁块，卡锁块由方形钢块加工而成，卡锁块的中央部位钻有变截面的圆形锁道，同时每个卡锁块的圆形锁道内均配有一个卡锁体，圆形锁道的环腔内壁进行精细加工，且圆形锁道的两侧通过螺纹连接而分别嵌入卡锁体的卡锁板。后卡体半剖式筒体的下部设有与卡锁块相配合的U形锁槽，后卡体U形锁槽的两侧锁槽面上铣有楔形坡口，同时U形锁槽的中央部位钻有等截面的圆形锁孔。卡锁体实现前卡体和后卡体的水下快速锁紧，它由对称布置的两个卡锁芯和卡锁板以及一个卡锁簧组成。卡锁板的中央部位钻有圆形锁眼，卡锁芯采用阶梯轴结构，其材质选用35CrMo，它包含卡锁销和卡锁肩两部分，卡锁芯中的卡锁销分别与后卡体U形锁槽的圆形锁孔和卡锁板的圆形锁眼之间精密配合而构成移动副，同时卡锁销的端面上铣有与后卡体U形锁槽相对应的楔形坡口。卡锁芯中的卡锁肩与卡锁块的圆形锁道之间精密配合而构成移动副，同时卡锁肩内侧的截面变化处形成轴肩并定位贯穿其内的卡锁簧，由此依据卡锁簧的伸缩运动实现卡锁体的自动锁紧功能。加强座由矩形钢板加工而成，其下端依次设有与后卡体相匹配的矩形连接板和L形角槽，且加强座和后卡体的L形角槽对称布置而形成U形沟槽，加强座和后卡体的矩形连接板均设有等间距排列的圆形孔眼并配置对中螺柱，从而实现海管卡紧器与管段对中器之间的连接。加强座与后卡体的结合部位自上而下依次设有卡紧螺孔和条形卡块，加强座的条形卡块与后卡体的条形卡槽相配合，加强座的卡紧螺孔与后卡体卡紧圆孔的位置相同并配置加强螺柱，从而实现加强座与后卡体之间的连接。卡紧支托分为三组并沿轴向等间距排列于前卡体和后卡体的顶部，且三组卡紧支托与两组卡紧销套之间交错布置，海管卡紧器两侧卡紧支托的端面分别与前卡体和后卡体以及加强座的两侧端面保持平齐。每组卡紧支托设有两个结构和规格相同的分卡紧支托，每个分卡紧支托由方形钢块和梯形钢块组合而成，且分卡紧支托的方形钢块沿垂向布置，同时分卡紧支托的梯形钢块倾斜放置并采用圆周焊的方式分别固定于前卡体和后卡体的上部，由此每组卡紧支托沿轴向呈扁U形。此外，分卡紧支托的方形钢块顶部设有矩形凹槽并配置周推销轴，从而实现卡紧支托与液缸周推器液压缸之间的铰接。管段对中器依据对中基体的基准定位作用并结合对中筒和支撑筒间的移动副实现海底管道两管段的水下对中定位，它包括对中基体、对中筒和对中支托。对中基体采用卧式条形钢板，并依据水平基准面和柱形基准台实现基准定位作用，对中基体的上端面设置为水平基准面，并分别配置对称分布的后卡体和加强座，从而保证管段对中器上方的两套海管卡紧器处于同轴心对中状态。对中基体的前后两侧端面上钻有与加强座和后卡体的矩形连接板相配合的圆形孔眼，且对中基体的两侧面分别与加强座和后卡体的矩形连接板侧端面保持平齐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海底管道连接作业管段轴向对中装置，海管卡紧器、管段支撑器、升降限位器、液缸顶升器和液缸周推器沿轴向依次对称布置于管段对中器的两侧，海管卡紧器和管段支撑器依次放置于管段对中器的上方和下方，升降限位器则置入管段对中器的对中筒内，该管段轴向对中装置采用全对称构造，并依据海管卡紧器的快速卡紧、管段对中器的对中定位、管段支撑器的轴向支撑、升降限位器的双向限位以及液缸顶升器和液缸周推器提供的推进动力，完成海底管道两管段之间的轴向对中，其特征在于：一海管卡紧器；所述海管卡紧器采用截面呈R形的卧式壳体，前卡体采用半剖式筒体，而后卡体采用半剖式筒体和矩形钢板相结合的构造，前卡体和后卡体的顶部设置对称分布的两组卡紧销套，前卡体和后卡体半剖式筒体的上部和下部设置对称分布的两组圆台，后卡体与加强座的结合部位自上而下依次设有卡紧圆孔和条形卡槽；前卡体半剖式筒体的下部设有沿轴向对称布置的两个卡锁块，每个卡锁块的圆形锁道内均配有一个卡锁体，后卡体半剖式筒体的下部设有与卡锁块相配合的U形锁槽；卡锁体中卡锁板的中央部位钻有圆形锁眼，卡锁体的卡锁芯采用阶梯轴，卡锁芯中卡锁销的端面上铣有与U形锁槽相对应的楔形坡口，卡锁芯中卡锁肩内侧的截面变化处形成轴肩并定位贯穿其内的卡锁簧；加强座的下端依次设有与后卡体相匹配的矩形连接板和L形角槽，加强座与后卡体的结合部位自上而下依次设有卡紧螺孔和条形卡块，卡紧支托分为三组并沿轴向等间距排列于前卡体和后卡体的顶部；一管段对中器；所述管段对中器的对中基体采用卧式条形钢板，并依据水平基准面和柱形基准台实现基准定位作用，对中基体的上端面设置为水平基准面，并分别配置对称分布的后卡体和加强座，对中基体的下端面沿长度方向设有对称布置的两个柱形基准台，且柱形基准台上各配置一个对中筒；对中筒采用立式厚壁筒体并与管段支撑器的支撑筒相配合，其筒壁下部设有上下两层对中孔，对中支托沿周向均布于对中基体柱形基准台的外环面上；一管段支撑器；所述管段支撑器的防沉板采用柱形钢板，其上端面设有与对中基体的柱形基准台相同规格的圆柱形凸台，圆柱形凸台上各配置一个支撑筒，支撑筒采用立式厚壁筒体，其筒壁的上部和下部各设有一层限位孔，支撑筒的环腔内壁位于上下两层限位孔之间的部位铣有拱形沟槽，从而为升降限位器提供沿轴向双向运动的升降滑道；支撑支托沿周向均布于防沉板圆柱形凸台的外环面，每对支撑支托和对中支托配置一套液缸顶升器的液压缸；一升降限位器；所述升降限位器的限位本体采用变截面的环体，限位本体环肩上部的环体设有上下两层升降孔，限位本体升降孔的孔底部设置变截面凸台；限位销采用阶梯轴，其外侧端面采用圆拱面，限位销圆拱面的一侧端铣有与支撑筒限位孔相对应的拱形坡口，限位销的内侧端设置与限位本体升降孔相对应的变截面凸台；依据限位弹簧的伸缩运动，当上层限位销插入支撑筒的上层限位孔时，液缸顶升器达到最大升程，而当下层限位销插入支撑筒的下层限位孔时，液缸顶升器达到最大降程，由此实现升降限位器的自动双向限位功能；一液缸顶升器和液缸周推器；所述液缸顶升器通过对中支托与支撑支托实现管段对中器和管段支撑器之间的连接，它采用沿支撑筒周向均布的四个独立液压缸，各液压缸沿垂向放置；液缸周推器通过卡紧支托实现前卡体和后卡体之间的张开与合拢，它采用沿前卡体和后卡体轴向等间距排列的三个独立液压缸，且各液压缸沿水平方向布置。...

【技术特征摘要】
1.一种海底管道连接作业管段轴向对中装置，海管卡紧器、管段支撑器、升降限位器、液缸顶升器和液缸周推器沿轴向依次对称布置于管段对中器的两侧，海管卡紧器和管段支撑器依次放置于管段对中器的上方和下方，升降限位器则置入管段对中器的对中筒内，该管段轴向对中装置采用全对称构造，并依据海管卡紧器的快速卡紧、管段对中器的对中定位、管段支撑器的轴向支撑、升降限位器的双向限位以及液缸顶升器和液缸周推器提供的推进动力，完成海底管道两管段之间的轴向对中，其特征在于：一海管卡紧器；所述海管卡紧器采用截面呈R形的卧式壳体，前卡体采用半剖式筒体，而后卡体采用半剖式筒体和矩形钢板相结合的构造，前卡体和后卡体的顶部设置对称分布的两组卡紧销套，前卡体和后卡体半剖式筒体的上部和下部设置对称分布的两组圆台，后卡体与加强座的结合部位自上而下依次设有卡紧圆孔和条形卡槽；前卡体半剖式筒体的下部设有沿轴向对称布置的两个卡锁块，每个卡锁块的圆形锁道内均配有一个卡锁体，后卡体半剖式筒体的下部设有与卡锁块相配合的U形锁槽；卡锁体中卡锁板的中央部位钻有圆形锁眼，卡锁体的卡锁芯采用阶梯轴，卡锁芯中卡锁销的端面上铣有与U形锁槽相对应的楔形坡口，卡锁芯中卡锁肩内侧的截面变化处形成轴肩并定位贯穿其内的卡锁簧；加强座的下端依次设有与后卡体相匹配的矩形连接板和L形角槽，加强座与后卡体的结合部位自上而下依次设有卡紧螺孔和条形卡块，卡紧支托分为三组并沿轴向等间距排列于前卡体和后卡体的顶部；一管段对中器；所述管段对中器的对中基体采用卧式条形钢板，并依据水平基准面和柱形基准台实现基准定位作用，对中基体的上端面设置为水平基准面，并分别配置对称分布的后卡体和加强座，对中基体的下端面沿长度方向设有对称布置的两个柱形基准台，且柱形基准台上各配置一个对中筒；对中筒采用立式厚壁筒体并与管段支撑器的支撑筒相配合，其筒壁下部设有上下两层对中孔，对中支托沿周向均布于对中基体柱形基准台的外环面上；一管段支撑器；所述管段支撑器的防沉板采用柱形钢板，其上端面设有与对中基体的柱形基准台相同规格的圆柱形凸台，圆柱形凸台上各配置一个支撑筒，支撑筒采用立式厚壁筒体，其筒壁的上部和下部各设有一层限位孔，支撑筒的环腔内壁位于上下两层限位孔之间的部位铣有拱形沟槽，从而为升降限位器提供沿轴向双向运动的升降滑道；支撑支托沿周向均布于防沉板圆柱形凸台的外环面，每对支撑支托和对中支托配置一套液缸顶升器的液压缸；一升降限位器；所述升降限位器的限位本体采用变截面的环体，限位本体环肩上部的环体设有上下两层升降孔，限位本体升降孔的孔底部设置变截面凸台；限位销采用阶梯轴，其外侧端面采用圆拱面，限位销圆拱面的一侧端铣有与支撑筒限位孔相对应的拱形坡口，限位销的内侧端设置与限位本体升降孔相对应的变截面凸台；依据限位弹簧的伸缩运动，当上层限位销插入支撑筒的上层限位孔时，液缸顶升器达到最大升程，而当下层限位销插入支撑筒的下层限位孔时，液缸顶升器达到最大降程，由此实现升降限位器的自动双向限位功能；一液缸顶升器和液缸周推器；所述液缸顶升器通过对中支托与支撑支托实现管段对中器和管段支撑器之间的连接，它采用沿支撑筒周向均布的四个独立液压缸，各液压缸沿垂向放置；液缸周推器通过卡紧支托实现前卡体和后卡体之间的张开与合拢，它采用沿前卡体和后卡体轴向等间距排列的三个独立液压缸，且各液压缸沿水平方向布置。2.根据权利要求1所述的海底管道连接作业管段轴向对中装置，其特征在于：所述海底管道连接作业管段轴向对中装置的海管卡紧器、管段支撑器、升降限位器、液缸顶升器和液缸周推器均采用分体式结构，而管段对中器则采用单体式结构；所述海底管道连接作业管段轴向对中装置包含两套独立的液缸式推进系统，即液缸顶升器和液缸周推器，液缸顶升器完成管段支撑器轴向支撑过程中的升降推进，液缸周推器完成海管卡紧器水下快速卡紧过程中的水平推进；所有独立液压缸的液压油均通过多路换向阀统一分配以实现液缸顶升器的自动同步升降推进和液缸周推器的自动同步水平推进功能。3.根据权利要求1所述的海底管道连接作业管段轴向对中装置，其特征在于：所述海管卡紧器的前卡体和后卡体分别套于海底管道的前部和后部，后卡体矩形钢板的下端依次设置矩形连接板和L形角槽，且前卡体和后卡体的半剖式筒体对称布置并整合成一个完整的厚壁筒体；前卡体的每组卡紧销套沿轴向等间距排列两个分卡紧销套，而后卡体的每组卡紧销套沿轴向等间距排列三个分卡紧销套；前卡体和后卡体半剖式筒体上部的每组圆台沿轴向等...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘春花，刘新福，周超，吴建军，尚超，许晨，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37