卡爪式液压驱动海底管道连接装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种卡爪式液压驱动海底管道连接装置，应用于海底管道管段间的快速连接。该海底管道连接装置采用透镜密封环的金属密封技术，并依据卡爪式连接器、花键槽式滑移器和圆轨式对接器及两套独立的液压驱动系统，实施水下液驱对接作业和密封连接作业；连接器采用卡爪式长管体，液压推进系统驱动滑移器沿花键式主滑道和花键式辅滑道轴向推进，并通过卡爪套完成连接器与对接器间的快速卡紧；对接器采用圆轨式厚壁筒体并依靠定位器进行轴向定位，液压对接系统驱动对接器沿圆轨式滑道轴向推进，滑移器采用花键槽式回转体并由滑移罩推动各卡爪绕卡销转动，同时结合透镜密封环完成对接套与连接管及对接套与海底管道间的固定连接与密封。

【技术实现步骤摘要】
卡爪式液压驱动海底管道连接装置
本专利技术涉及一种水下生产系统海底管道的连接装置，特别是涉及一种海底管道管段之间连接时用的卡爪式液压驱动快速连接装置。
技术介绍
海洋工程水下生产系统中，海底油气输送管道是非常重要的运输设备，需要不断扩大海底管道的铺设规模，以满足海底油气井采出液外输的需求。水下生产系统海底管道连接技术是铺设海底管道工程施工作业至关重要的环节，并广泛应用于深水油田、边际油田以及水下海底管道维修等工程实践中。深水海底管道连接器依据其工作原理可概括为：法兰式管道连接器、卡箍式管道连接器和卡爪式管道连接器。其中，法兰式管道连接器通常用于陆上油气输送管道的连接，应用于水下生产系统时，需要连接机具的安装工具与海底管道法兰接头之间具有较高精度的对中性，并且海底管道连接作业的施工过程中需要配套专门的作业机具，同时该管道连接器需要高同步性的液压系统提供动力，安装工时较长而无法达到快速连接的目的。卡箍式管道连接器的特点是结构简单、拆装方便且总体尺寸小，然而其缺点是难以实现水下海底管道的自动连接，并且其安装精度也较低。卡爪式管道连接器由于其结构上不采用螺栓法兰连接而被称之为“非标准法兰”，其自身具有一定的对准功能，卡爪式管道连接技术以Cameron、FMCCorporation、OilStates等国外公司的产品比较具有代表性，卡爪式管道连接器的特点是水下海底管道连接作业动作简单且连接可靠，极大缩短了连接工时，然而其缺点是生产技术一直掌握在国外专业公司手中，且目前卡爪式管道连接技术发展仍不完善。此外，国内的深水海底管道连接技术尚处于研发阶段，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管段之间的快速连接问题并克服现有水下管道连接技术及其连接器存在的缺陷和不足，本专利技术的目的是提供一种适合海底管道管段之间快速连接时用的卡爪式液压驱动连接装置。该海底管道连接装置采用透镜密封环的金属密封技术，并依据卡爪式连接器、花键槽式滑移器和圆轨式对接器以及两套独立的液压驱动系统，实施水下液驱对接作业和密封连接作业，实现海底管道管段之间的快速连接。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种卡爪式液压驱动海底管道连接装置，主要由连接器、滑移器、液压推进系统、液压对接系统、定位器和对接器几部分组成。该海底管道连接装置的连接器、滑移器、定位器和对接器的主体部件材质均选用超级双向不锈钢，连接器、滑移器、定位器和对接器分别同轴心布置，滑移器通过液压推进系统的各推进液压缸与连接器相连接并实现轴向定位，对接器通过液压对接系统的各对接液压缸与定位器相连接并实现轴向定位，且定位器经定位杆与连接器连为一体。该海底管道连接装置采用透镜密封环构成的金属密封技术，透镜密封环两侧的密封面为沿轴向对称布置的球面，两侧密封面所在球面的球心均位于透镜密封环的轴线上，透镜密封环与对接套和连接管密封接触部位的初始状态为相互平行且同轴心布置的环形封闭线圈，依靠对接套和连接管所传递的夹紧力，透镜密封环沿轴向和径向产生塑性变形且密封接触部位的状态变为同轴心布置的环形密封带。连接器采用卡爪式长管体，并为滑移器提供轴向推进的花键式主滑道，且通过卡爪套完成连接器与对接器间的快速卡紧，它包括连接管、连接支座、卡爪支托和卡爪。连接支座沿圆周方向均匀布置于连接管左侧管体的外环面上，且连接支座沿径向朝外放置。连接管由管体加工而成且两侧管体细而中间管体粗，其环腔内壁的直径大于海底管道的内径，连接管右侧管体的右侧设置柱形卡环，且连接管右侧端面上铣有环形沟槽，连接管环形沟槽的横截面呈直角梯形，连接管环形沟槽的沟槽底面为连接管和透镜密封环的密封接触部位。同时，连接管环形沟槽的内外沟槽面上分别设置内卡翅和外卡翅，内卡翅的厚度和轴向长度均小于外卡翅的厚度和轴向长度，且内卡翅和外卡翅的外环面上均切有锥状坡口，内卡翅锥状坡口所在锥面的锥度小于外卡翅锥状坡口所在锥面的锥度。连接管的中间管体设有六个键齿周向均布的渐开线花键，作为滑移器轴向推进的花键式主滑道，连接管的渐开线花键沿轴向布置且与连接管的轴线保持平行，渐开线花键两侧面的键廓采用对称分布的渐开线，同时渐开线花键的上表面采用圆拱面并位于同一圆柱面上。此外，连接管中间管体的轴向长度大于滑移盘的厚度、滑移罩左侧腔壁的厚度以及推进液压缸的推程之和。卡爪支托沿圆周方向均匀焊接于连接管右侧管体的外环面上，各组卡爪支托均沿径向朝外放置。各组卡爪支托含有两个平行放置的分支托，每个分支托均采用规格尺寸和形状相同的直角梯形钢板，且各分支托直角梯形钢板的直角边所在端面与连接管柱形卡环的截面变化处所在端面保持平齐。各组卡爪支托与卡销之间采用间隙配合同时卡爪与卡销之间采用过盈配合而构成转动副，并实现卡爪与卡爪支托间的连接，卡销的轴端车制有螺纹盲孔并配置六角头螺钉进行固定。各组卡爪支托分别配置一个卡爪并沿周向均布而形成一个卡爪套，卡爪由拱形块加工而成，卡爪的左右两侧切面相互平行，同时卡爪外环面的左侧设置倒锥状卡爪面而其外环面的右侧则设有锥状卡爪面，且卡爪倒锥状卡爪面所在锥面的锥度大于卡爪锥状卡爪面所在锥面的锥度。卡爪的环腔内壁从左至右沿轴向依次设有锥状凹槽和环形沟槽，卡爪锥状凹槽所在锥面的锥度小于卡爪倒锥状卡爪面所在锥面的锥度，卡爪环形沟槽的左侧沟槽面和右侧沟槽面所在锥面分别与对接套柱形卡箍的左侧锥状卡环面和右侧锥状卡环面相配合。滑移器采用花键槽式回转体，依据滑移罩和滑移盘与连接管和定位杆间的移动副而由滑移罩推动各卡爪绕卡销转动，它包括滑移罩、滑移盘和滑移支托。滑移支托沿圆周方向均匀布置于滑移盘的左侧端面上，每组滑移支托均沿轴向水平放置。滑移罩采用厚壁筒体，其环腔内壁从左至右依次设置柱状罩壳、倒锥状罩壳和锥状罩壳，且滑移罩柱状罩壳所在圆柱面的直径大于卡爪倒锥状卡爪面所在锥面大端圆面的直径，滑移罩倒锥状罩壳所在锥面的锥度等于卡爪倒锥状卡爪面所在锥面的锥度，同时滑移罩锥状罩壳所在锥面的锥度等于卡爪锥状卡爪面所在锥面的锥度。滑移罩的左侧腔壁上设有与滑移罩同轴心布置的柱形凸台，滑移罩柱形凸台的中央部位铣有六个沿圆周方向均匀布置的渐开线花键槽，各渐开线花键槽沿轴向布置，且各渐开线花键槽两侧键槽面的键槽轮廓采用渐开线，同时各渐开线花键槽的键槽顶面均采用圆拱面并位于同一圆柱面上，且滑移罩各渐开线花键槽的键槽顶面所在圆柱面的直径大于连接管渐开线花键的上表面所在圆柱面的直径，此外滑移罩各渐开线花键槽的四周车制有沿圆周方向均匀布置的螺柱盲孔。滑移盘采用圆盘体，滑移盘的中央部位铣有与滑移罩相同规格大小和位置的渐开线花键槽，连接管渐开线花键的两侧面和上表面分别与滑移罩各渐开线花键槽的两侧键槽面和键槽顶面以及滑移盘各渐开线花键槽的两侧键槽面和键槽顶面之间精密配合而构成移动副。滑移盘各渐开线花键槽的四周钻有与滑移罩螺柱盲孔相同规格大小和位置的螺柱孔，并通过滑移螺柱将滑移罩接于滑移盘的右侧端面上。滑移盘的外缘铣有三个周向均布的花键孔，各花键孔加工有六个周向均布的矩形花键槽，各矩形花键槽沿轴向布置且均与滑移盘的轴线平行，同时各矩形花键槽的两侧键槽面和键槽顶面均采用平面且相互间垂直布置。滑移盘上的花键孔和渐开线花键槽之间的部位铣有六个周向均布的减阻孔，每两个减阻孔间隔放置一组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卡爪式液压驱动海底管道连接装置，连接器、滑移器、定位器和对接器分别同轴心布置，滑移器通过液压推进系统与连接器相连接，对接器通过液压对接系统与定位器相连接，定位器经定位杆与连接器连为一体；该海底管道连接装置采用透镜密封环的金属密封技术，并依据卡爪式连接器、花键槽式滑移器和圆轨式对接器及两套独立的液压驱动系统，实施水下液驱对接作业和密封连接作业，实现海底管道管段间的快速连接，其特征在于：一连接器；所述连接器采用卡爪式长管体，其连接支座沿圆周方向均匀布置于连接管左侧管体的外环面上；连接管由管体加工而成且两侧管体细而中间管体粗，其右侧管体的右侧设置柱形卡环，且其右侧端面上铣有环形沟槽，连接管环形沟槽的内外沟槽面上分别设置内卡翅和外卡翅，且内卡翅和外卡翅的外环面上均切有锥状坡口，连接管的中间管体设有六个键齿周向均布的渐开线花键，作为滑移器轴向推进的花键式主滑道，渐开线花键两侧面的键廓采用对称分布的渐开线；卡爪支托沿圆周方向均匀焊接于连接管右侧管体的外环面上，各组卡爪支托分别配置一个卡爪并沿周向均布而形成一个卡爪套，卡爪由拱形块加工而成，卡爪外环面的左侧设置倒锥状卡爪面而其外环面的右侧则设有锥状卡爪面，卡爪的环腔内壁从左至右沿轴向依次设有锥状凹槽和环形沟槽；一滑移器；所述滑移器采用花键槽式回转体，其滑移支托沿圆周方向均匀布置于滑移盘的左侧端面上，滑移罩采用厚壁筒体，其环腔内壁从左至右依次设置柱状罩壳、倒锥状罩壳和锥状罩壳，其左侧腔壁上设有与滑移罩同轴心布置的柱形凸台，滑移罩柱形凸台的中央部位铣有六个沿圆周方向均匀布置的渐开线花键槽，各渐开线花键槽两侧键槽面的键槽轮廓采用渐开线；滑移盘采用圆盘体，滑移盘的中央部位铣有与滑移罩相同规格大小和位置的渐开线花键槽，滑移盘的外缘铣有三个周向均布的花键孔，各花键孔加工有六个周向均布的矩形花键槽，滑移盘上的花键孔和渐开线花键槽之间的部位铣有六个周向均布的减阻孔；一定位器；所述定位器的定位盘采用圆盘体并与滑移盘同轴心布置，其中央部位钻有圆形滑道，定位盘的外缘钻有三个与滑移盘花键孔同轴心布置的定位孔；定位杆采用长杆体，两个同样规格的螺纹接头对称布置于杆体的两侧端，三个同样规格的定位杆并配置定位螺母而将连接支座与定位盘和定位支托连成一体，定位杆的杆体设有六个键齿周向均布的矩形花键，作为滑移器轴向推进的花键式辅滑道，定位支托沿圆周均匀布置于定位盘的右侧端面上；一对接器；所述对接器采用圆轨式厚壁筒体，其对接套由筒体加工而成且左侧筒体粗而右侧筒体细，对接套左侧筒体的左侧设置柱形卡箍，对接套柱形卡箍的环腔内壁切有锥状坡口，同时对接套柱形卡箍的外环面两侧设有锥状卡环面，对接套的环腔内壁与海底管道管端的外环面之间精密配合而形成圆轨式滑道；对接套的环腔内壁从左至右沿轴向依次铣有环形凹槽和环形沟槽，对接套环形沟槽的横截面呈直角梯形，对接套的环形沟槽与连接管的环形沟槽沿轴向对称布置且所形成的对称锥面环腔内配置透镜密封环，透镜密封环两侧的密封面为沿轴向对称布置的球面；对接支座沿圆周方向均匀布置于对接套中部的外环面上，沿轴向相同位置处的对接支座和连接支座整体呈现类“牛角”的形状；一液压推进系统和液压对接系统；所述液压推进系统采用沿连接管圆周方向均匀布置的三个独立推进液压缸，并通过连接支座和滑移支托将连接器和滑移器连为一体，从而完成滑移器的轴向推进；液压对接系统采用沿对接套圆周方向均匀布置的三个独立对接液压缸，并通过定位支托和对接支座将定位器和对接器连为一体，从而完成对接器的轴向推进；推进液压缸缸筒的两侧分别设置两个同样规格且平行放置的导引板，导引板由矩形钢板加工而成。...

【技术特征摘要】
1.一种卡爪式液压驱动海底管道连接装置，连接器、滑移器、定位器和对接器分别同轴心布置，滑移器通过液压推进系统与连接器相连接，对接器通过液压对接系统与定位器相连接，定位器经定位杆与连接器连为一体；该海底管道连接装置采用透镜密封环的金属密封技术，并依据卡爪式连接器、花键槽式滑移器和圆轨式对接器及两套独立的液压驱动系统，实施水下液驱对接作业和密封连接作业，实现海底管道管段间的快速连接，其特征在于：一连接器；所述连接器采用卡爪式长管体，其连接支座沿圆周方向均匀布置于连接管左侧管体的外环面上；连接管由管体加工而成且两侧管体细而中间管体粗，其右侧管体的右侧设置柱形卡环，且其右侧端面上铣有环形沟槽，连接管环形沟槽的内外沟槽面上分别设置内卡翅和外卡翅，且内卡翅和外卡翅的外环面上均切有锥状坡口，连接管的中间管体设有六个键齿周向均布的渐开线花键，作为滑移器轴向推进的花键式主滑道，渐开线花键两侧面的键廓采用对称分布的渐开线；卡爪支托沿圆周方向均匀焊接于连接管右侧管体的外环面上，各组卡爪支托分别配置一个卡爪并沿周向均布而形成一个卡爪套，卡爪由拱形块加工而成，卡爪外环面的左侧设置倒锥状卡爪面而其外环面的右侧则设有锥状卡爪面，卡爪的环腔内壁从左至右沿轴向依次设有锥状凹槽和环形沟槽；一滑移器；所述滑移器采用花键槽式回转体，其滑移支托沿圆周方向均匀布置于滑移盘的左侧端面上，滑移罩采用厚壁筒体，其环腔内壁从左至右依次设置柱状罩壳、倒锥状罩壳和锥状罩壳，其左侧腔壁上设有与滑移罩同轴心布置的柱形凸台，滑移罩柱形凸台的中央部位铣有六个沿圆周方向均匀布置的渐开线花键槽，各渐开线花键槽两侧键槽面的键槽轮廓采用渐开线；滑移盘采用圆盘体，滑移盘的中央部位铣有与滑移罩相同规格大小和位置的渐开线花键槽，滑移盘的外缘铣有三个周向均布的花键孔，各花键孔加工有六个周向均布的矩形花键槽，滑移盘上的花键孔和渐开线花键槽之间的部位铣有六个周向均布的减阻孔；一定位器；所述定位器的定位盘采用圆盘体并与滑移盘同轴心布置，其中央部位钻有圆形滑道，定位盘的外缘钻有三个与滑移盘花键孔同轴心布置的定位孔；定位杆采用长杆体，两个同样规格的螺纹接头对称布置于杆体的两侧端，三个同样规格的定位杆并配置定位螺母而将连接支座与定位盘和定位支托连成一体，定位杆的杆体设有六个键齿周向均布的矩形花键，作为滑移器轴向推进的花键式辅滑道，定位支托沿圆周均匀布置于定位盘的右侧端面上；一对接器；所述对接器采用圆轨式厚壁筒体，其对接套由筒体加工而成且左侧筒体粗而右侧筒体细，对接套左侧筒体的左侧设置柱形卡箍，对接套柱形卡箍的环腔内壁切有锥状坡口，同时对接套柱形卡箍的外环面两侧设有锥状卡环面，对接套的环腔内壁与海底管道管端的外环面之间精密配合而形成圆轨式滑道；对接套的环腔内壁从左至右沿轴向依次铣有环形凹槽和环形沟槽，对接套环形沟槽的横截面呈直角梯形，对接套的环形沟槽与连接管的环形沟槽沿轴向对称布置且所形成的对称锥面环腔内配置透镜密封环，透镜密封环两侧的密封面为沿轴向对称布置的球面；对接支座沿圆周方向均匀布置于对接套中部的外环面上，沿轴向相同位置处的对接支座和连接支座整体呈现类“牛角”的形状；一液压推进系统和液压对接系统；所述液压推进系统采用沿连接管圆周方向均匀布置的三个独立推进液压缸，并通过连接支座和滑移支托将连接器和滑移器连为一体，从而完成滑移器的轴向推进；液压对接系统采用沿对接套圆周方向均匀布置的三个独立对接液压缸，并通过定位支托和对接支座将定位器和对接器连为一体，从而完成对接器的轴向推进；推进液压缸缸筒的两侧分别设置两个同样规格且平行放置的导引板，导引板由矩形钢板加工而成。2.根据权利要求1所述的卡爪式液压驱动海底管道连接装置，其特征在于：所述卡爪式液压驱动海底管道连接装置采用透镜密封环构成的金属密封技术，透镜密封环两侧密封面所在球面的球心均位于透镜密封环的轴线上，透镜密封环与对接套和连接管密封接触部位的初始状态为相互平行且同轴心布置的环形封闭线圈，依靠对接套和连接管所传递的夹紧力，透镜密封环沿轴向和径向产生塑性变形且密封接触部位的状态变为同轴心布置的环形密封带。3.根据权利要求1所述的卡爪式液压驱动海底管道连接装置，其特征在于：所述连接器为滑移器提供轴向推进的花键式主滑道，且通过卡爪套完成连接器与对接器间的快速卡紧，连接支座沿径向朝外放置；所述连接管的环腔内壁直径大于海底管道的内径，连接管环形沟槽的横截面呈直角梯形，连接管环形沟槽的沟槽底面为连接管和透镜密封环的密封接触部位；所述连接管的内卡翅厚度和轴向长度均小于外卡翅的厚度和轴向长度，且内卡翅锥状坡口所在锥面的锥度小于外卡翅锥状坡口所在锥面的锥度；所述连接管的渐开线花键沿轴向布置且与连接管的轴线保持平行，渐开线花键的上表面采用圆拱面并位于同一圆柱面上。4.根据权利要求1所述的卡爪式液压驱动海底管道连接装置，其特征在于：所述连接器的各组卡爪支托均沿径向朝外放置，各组卡爪支托含有两个平行放置的分支托，每个分支托均采用规格尺寸和形状相同的直角梯形钢板，且各分支托直角梯形钢板的直角边所在端面与连接管柱形卡环的截面变化处所在端面保持平齐；所述连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新福，刘春花，周超，段瑞凯，肖小红，魏林，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37