深水管匯水平套筒式連接器的製造方法
2023-10-23 11:16:37
深水管匯水平套筒式連接器的製造方法
【專利摘要】本發明提供一種深水管匯水平套筒式連接器，包括：主體，其中部具有供管匯貫穿的通道，且在通道一端具有對接部，對接部設有卡爪，卡爪用以抓合管匯連接轂座的公輪轂，卡爪內設密封圈；平行設於主體兩側、承載並支撐主體的支撐臂；支撐臂上設有導向機構以使連接器相對轂座定位；固定搭設在兩支撐臂上、且能容納主體的殼體，殼體在主體兩側開設軌道槽，主體能沿軌道槽移動；設置於主體的對接部上的引導機構，供一用於管匯連接的安裝工具定位並牽引對接部向轂座移動。本發明的連接器配合對應的安裝工具進行深水管匯連接時，不需現場操作，且具有結構簡單、操作簡易、連接迅速的優點，能夠快速、準確的連接到海底管匯上。
【專利說明】深水管匯水平套筒式連接器
【技術領域】
[0001]本發明涉及海洋石油工程領域，尤指一種深水管匯水平套筒式連接器。
【背景技術】
[0002]目前深水氣田的開發是投資高、風險大並且高新技術密集的能源工業新領域，其中深水管匯是深水氣田開發過程中的一種重要輸送設備。管匯與管匯的連接方法，因為要考慮到密封和抗壓等功能，一般較為複雜。傳統陸地管匯的連接處常採用法蘭盤加螺釘緊固的形式，而這種連接形式明顯因為深水下無法進行人工螺緊操作而不適用於深水管匯連接作業的需求。而現有的深水管匯的連接方式十分複雜，操作繁瑣，管匯連接效率較差。
【發明內容】
[0003]鑑於【背景技術】中所述的問題，本發明的目的，即是提供一種深水管匯水平套筒式連接器，該連接器作業時不需要人工現場操作，適宜深水管匯的連接，且具有結構簡單、操作簡易、連接迅速的優點。
[0004]上述目的，可採用下列技術方案來實現:
[0005]一種深水管匯水平套筒式連接器，包括:主體，其中部具有供管匯貫穿的通道；所述主體在其通道的一端具有對接部，對接部設有卡爪，卡爪用以抓合一管匯連接轂座的公輪轂，卡爪內設有密封圈；平行設置於所述主體兩側、承載並支撐該主體的支撐臂；所述支撐臂上設置有導向機構以使所述連接器相對所述管匯連接轂座定位；固定搭設在兩條所述支撐臂上、且能將所述主體容納於其中的拱形殼體，所述殼體在所述主體的兩側開設有軌道槽，所述主體能通過該軌道槽沿與所述支撐臂的延伸方向平行的方向移動；設置於所述主體的對接部上的引導機構，供一用於管匯連接的安裝工具定位並牽引所述對接部向所述管匯連接轂座移動。
[0006]如上所述的深水管匯水平套筒式連接器，所述主體的對接部具有套筒部和部分設置於套筒部內、能相對套筒部進行活塞運動的推進部，該推進部在露出該套筒部的位置向周向外側凸伸有凸緣，以供所述安裝工具推動該推進部沿靠近所述管匯連接轂座的方向相對套筒部移動。將對接部設置成具有套筒部和推進部的活塞結構是為了在安裝工具將對接部推送至管匯連接轂座後，對轂座的公輪轂及卡爪的母輪轂進行鎖緊操作。
[0007]如上所述的深水管匯水平套筒式連接器，所述導向機構具有位於各支撐臂靠近所述管匯連接轂座的一端的導向柱，以及從各支撐臂的下側向下凸伸的定位錐，所述連接器通過各該導向柱及各該定位錐與所述管匯連接轂座定位。所述管匯連接轂座具有兩條縱向的導向槽供各該導向柱伸入，並引導該連接器沿該導向槽相對轂座下移；而下移到底時，各定位錐恰能伸入轂座對應的定位錐槽中，以提供連接器穩定而精確的定位效果。
[0008]如上所述的深水管匯水平套筒式連接器，所述連接器在所述主體的兩側設置有滑輪，所述兩側的滑輪分別嵌入所述殼體兩側的軌道槽中。連接器主體的滑輪具有承載主體重量於支撐臂上的功能，且能保持主體與支撐臂的相對位置，同時在連接器對接管匯的操作時，能降低主體相對支撐臂和殼體的摩擦阻力。
[0009]如上所述的深水管匯水平套筒式連接器，所述連接器在所述主體的兩側各間隔地設置有兩個滑輪。通過兩側總計四個滑輪的定位，即共面的四點定位，使主體可穩固保持在支撐臂上。
[0010]如上所述的深水管匯水平套筒式連接器，所述主體的所述引導機構包括從所述主體的上表面向上凸伸的引導樁，所述殼體在對應該引導樁的位置開設有朝向所述管匯連接轂座的引導通道，所述引導樁的一端穿過該引導通道，而延伸至所述殼體外，以供所述安裝工具定位和牽引。所述安裝工具設有引導套筒對應該引導樁，引導套筒可插入引導樁中，再通過安裝工具的驅動，便可通過弓I導樁拉伸主體靠近所述轂座。
[0011]如上所述的深水管匯水平套筒式連接器，所述殼體在所述引導通道朝向所述管匯連接轂座的反向側設置有向上凸伸的固定樁，而所述主體能經由扣設在所述引導樁和所述固定樁上的固定帽，與所述殼體鎖定相對位置。在本發明的連接器還沒有下落到轂座的預定位置時,要求主體一直要處於殼體中的狀態,此時通過固定帽可將主體與殼體的相對位置鎖定。
[0012]如上所述的深水管匯水平套筒式連接器，所述主體還在其兩側設置有所述安裝工具的接收板，以提供對安裝工具的支撐。
[0013]如上所述的深水管匯水平套筒式連接器，所述主體的對接部在該套筒部上設有錐面鎖緊機構，當該推進部向所述管匯連接轂座的方向移出套筒部時，該錐面鎖緊機構能鎖定該推進部與該套筒部的相對位置。其中，所述錐面鎖緊機構的一端頂抵於該推進部上，以防止管匯對接作業結束後，因意外衝擊載荷導致的推進部鬆動和卡爪鎖緊失效。
[0014]如上所述的深水管匯水平套筒式連接器，所述殼體的頂部兩側具有吊繩鉤環。通過合理設置吊繩鉤環的位置，當向深海下放該連接器時，被吊繩懸吊的連接器可以以更平穩的姿態下放。
[0015]藉由以上技術方案，本發明的優點和特點在於:
[0016]1.本發明連接器的卡爪，能抓合連接器母輪轂與管匯連接轂座的公輪轂，實現連接器的鎖緊和管匯的對接。
[0017]2.本發明連接器的卡爪內設有密封圈，使連接器母輪轂與轂座公輪轂的金屬對金屬面得以有效密封，或金屬對非金屬面得以二級密封。
[0018]3.本發明的連接器配合對應的安裝工具進行水下管匯連接操作時，不需要人工現場操作，適宜深水管匯的連接，且具有結構簡單、操作簡易、連接迅速的優點，能夠快速、準確的連接到海底管匯、井口、PLET (管道終端)、PLEM(終端管匯)等上。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]為令本發明的目的、技術手段及技術效果有更完整及清楚的揭露，以下進行詳細說明，並請一併參閱附圖及部件標號。
[0020]圖1為本發明連接器的立體示意圖；
[0021]圖2為與本發明的連接器配套使用的安裝工具的立體示意圖；
[0022]圖3為本發明通過安裝工具與轂座連接的過程示意圖；
[0023]圖4為本發明與轂座完成連接的示意圖。[0024]圖5為本發明連接器的錐面鎖緊機構的局部放大示意圖。
【具體實施方式】
[0025]首先需要說明的是，本發明中，所有向上的方向均指的是當本發明連接器下放至水下時，朝向水面的方向，而所有向下的方向均指的是朝向海底的方向。在此基礎上，所有引用的術語「兩側」均指的是，在與管匯對接處的軸向方向垂直的平面內，垂直於上述向上和向下方向的兩側。
[0026]其次結合附圖，先揭示本發明的所保護的連接器。
[0027]請參閱圖1所示，本發明提供一種深水管匯水平套筒式連接器200，包括:主體21，其中部具有供管匯貫穿的通道210;所述主體21在其通道210的一端(朝向管匯連接轂座的一端)具有對接部22，對接部22設有卡爪23，卡爪23用以抓合一管匯連接轂座300的公輪轂31 (如圖3)，卡爪23內設有密封圈231 ;平行設置於所述主體21兩側、承載並支撐該主體21的支撐臂24 ;所述支撐臂24上設置有導向機構以使所述連接器200相對所述管匯連接轂座300定位；固定搭設在兩條支撐臂24上、且能將所述主體21容納於其中的拱形殼體25，所述殼體25在所述主體21的兩側開設有軌道槽251，所述主體21能通過該軌道槽251沿與所述支撐臂24的延伸方向平行的方向移動；設置於所述主體21的對接部22上的引導機構，供一用於管匯連接的安裝工具100定位並牽引所述對接部22向所述管匯連接轂座300移動，如圖3所示。
[0028]較佳地，所述主體21的對接部22具有套筒部221和部分設置於套筒部221內、能相對套筒部221進行活塞運動的推進部222，該推進部222在露出該套筒部221的位置向周向外側凸伸有凸緣223，以供所述安裝工具100推動該推進部222沿靠近所述管匯連接轂座300的方向相對套筒部221移動，如圖3和圖4所示。將對接部22設置成具有套筒部221和推進部222的活塞結構是為了在安裝工具100將對接部22推送至管匯連接轂座300後，對轂座300的公輪轂31及卡爪23的母輪轂進行鎖緊操作。當對接部22為一圓柱形態時，推進部222的凸緣223可以是一環狀凸肩，如圖1所示，也可以是在推進部的某特定直徑的兩端設置的對稱的突出部。
[0029]請再一併參閱圖1和圖3，所述導向機構具有位於各支撐臂24靠近所述管匯連接轂座300的一端的導向柱241，以及從各支撐臂24的下側向下凸伸的定位錐242，所述連接器200通過各該導向柱241及各該定位錐242與所述管匯連接轂座300定位，如圖3。所述管匯連接轂座300具有兩條縱向的導向槽32供各該導向柱241伸入，並引導該連接器200沿該導向槽32相對轂座300下移；而下移到底時，各定位錐242恰能伸入轂座300對應的定位錐槽33中，以提供連接器200穩定而精確的定位效果。
[0030]較佳地，所述連接器200在所述主體21的兩側設置有滑輪211，所述兩側的滑輪211分別嵌入所述殼體25兩側的軌道槽251中。連接器主體21的滑輪211具有承載主體21的重量於支撐臂24上的功能，且能保持主體21與支撐臂24的相對位置，同時在連接器200對接管匯400的操作時，能降低主體21相對支撐臂24和殼體25的摩擦阻力。
[0031]較佳地，所述連接器200在所述主體21的兩側各間隔地設置有兩個滑輪211。通過兩側總計四個滑輪的定位，即共面的四點定位，使主體21可穩固保持在支撐臂24上。但本發明並不以此為限，主體21也可採用其它支撐方式，而釋放滑輪211的所承載的重力，使滑輪在運動中具有更低的滾動摩擦。
[0032]較佳地，所述主體21的所述引導機構包括從所述主體21的上表面向上凸伸的引導樁212，所述殼體25在對應該引導樁212的位置開設有朝向所述管匯連接轂座300的引導通道250，所述引導樁212的一端穿過該引導通道250，而延伸至所述殼體25外，以供所述安裝工具100定位和牽引。所述安裝工具100設有引導套筒對應該引導樁212，引導套筒可插入引導樁212中，再通過安裝工具100的驅動，便可通過引導樁212拉伸主體21靠近所述轂座300，如圖3和圖4。
[0033]較佳地，所述殼體25在所述引導通道250朝向所述管匯連接轂座300的反向側設置有向上凸伸的固定樁252，而所述主體21能經由扣設在所述引導樁212和所述固定樁252上的固定帽253 (如圖1中長方體虛線所示)，與所述殼體25鎖定相對位置。在本發明的連接器200還沒有下落到轂座300的預定位置時，要求主體21 —直要位於殼體25中的狀態，此時通過固定帽253可將主體21與殼體25的相對位置鎖定。但本發明並不以此為限，鎖定主體21與殼體25也可採用其他的實施方式，例如在主體和殼體的其他位置裝設對應的鎖定機構；而在本發明所述的較佳實施例中，因為應用了引導樁212作為鎖定機構的一部分，使得主體21上無需再設置其他鎖定構件，如此便簡化了結構。
[0034]較佳地，所述主體21還在其兩側設置有所述安裝工具100的接收板26，以提供對安裝工具100的支撐。接收板26的設置位置被定義為:當安裝工具100與連接器200完成定位後，接收板恰能提供與凸緣223相配合的安裝工具鎖緊液壓缸的支撐，如圖3所示。
[0035]較佳地，所述主體21的對接部22在該套筒部221上設有錐面鎖緊機構27，當該推進部222向所述管匯連接轂座300的方向移出套筒部221時，該錐面鎖緊機構27能鎖定該推進部222與該套筒部221的相對位置。其中，所述錐面鎖緊機構27具有一方形錐271以及一鎖緊螺栓272，方形錐271的一端頂抵於該推進部222上，而鎖緊螺栓272通過旋入套筒部221將其鎖固，以防止管匯對接作業結束後，因意外衝擊載荷導致的推進部222鬆動和卡爪23鎖緊失效，如圖5所示。
[0036]較佳地，所述殼體25的頂部兩側具有吊繩鉤環254。通過合理設置吊繩鉤環254的位置，當向深海下放該連接器200時，被吊繩懸吊的連接器可以以更平穩的姿態下放。
[0037]本發明的深水管匯水平套筒式連接器，是配合如下的深水管匯水平套筒式連接器安裝工具完成管匯連接作業的:
[0038]請參閱圖2，一種深水管匯水平套筒式連接器安裝工具100，包括:龍門架11，其兩側的立柱為滑軌111 ;位於所述龍門架11中部的對接液壓缸支架12，滑動設置於所述兩滑軌111之間，支架12的實現滑動功能的機構可以是位於支架兩端的滑塊；對接液壓缸13，其一端設置於所述對接液壓缸支架12上，另一端遠離所述龍門架11延伸，延伸的方向垂直於所述龍門架11所在的平面；用以驅動一水平套筒式連接器200的定位引導機構，設置於所述對接液壓缸13兩端；一對鎖緊液壓缸14，對應設置於所述龍門架11的兩側，該鎖緊液壓缸14的缸體軸線與所述對接液壓缸13的缸體軸線平行；各所述鎖緊液壓缸14在缸杆的端頭設有用以驅動所述水平套筒式連接器200鎖緊一管匯連接轂座300的鎖緊驅動件141，如圖3。
[0039]較佳地，所述對接液壓缸支架12具有第二滑軌121，該第二滑軌121的設置方向同時垂直於所述龍門架滑軌111和所述對接液壓缸13 ;所述對接液壓缸13的所述一端可平移地設置在該第二滑軌12上。藉由第二滑軌12的設置，使安裝工具100可以調整對接液壓缸13和鎖緊液壓缸14的間距，當對接液壓缸13通過定位引導機構與轂座300和連接器200定位後，通過調整對接液壓缸13在對接液壓缸支架12上的位置，即可調整一對鎖緊液壓缸14與水平套筒式連接器200的對接部的相對位置，利於所述鎖緊驅動件141快速而精確地固定在該對接部上。
[0040]較佳地，所述定位引導機構包括設置在所述對接液壓缸13的缸杆131端頭的第一引導套筒151以及設置在所述對接液壓缸支架12上的第二引導套筒152，其中，該第二引導套筒152位於所述對接液壓缸13的軸線的延長線上；所述第一引導套筒151和第二引導套筒152分別連接於所述管匯連接轂座300和所述水平套筒式連接器200。通過對接液壓缸13兩端分別與轂座300和連接器200定位固定，當對接液壓缸13壓縮時，會通過這兩個引導套筒151、152驅動連接器200靠近轂座300，而產生對接。兩點的固定方式充分簡化了安裝工具結構的複雜程度、並使驅動更簡單，而且還簡化了轂座和連接器上相應的引導機構，非常利於控制整個系統的製造成本。
[0041]較佳地，所述一對鎖緊液壓缸14分別固定於所述龍門架11的兩個滑軌111的下部，以提供對接液壓缸支架12在滑軌111上足夠的滑動距離。
[0042]較佳地，所述一對鎖緊液壓缸14的所述鎖緊驅動件141為相對設置的一對卡塊。卡塊的構型對應於連接器200的對接部的凸緣，於是能從兩側抓緊該凸緣，以將鎖緊液壓缸的驅動力傳遞給對接部，而使對接部朝向轂座鎖緊轂座的公輪轂運動。
[0043]以下結合附圖3和4，詳述本發明的操作方法:
[0044]1.下放連接器並與轂座定位
[0045]首先通過吊繩下放連接器200至海底的轂座300上方，待連接器200的兩個導向柱241分別對應地進入到轂座300的兩個導向槽32中，繼續下放連接器200，直至連接器200底部的兩個定位錐242分別卡止於轂座300的兩個定位錐槽33中，完成連接器200與轂座的定位。
[0046]2.解除連接器的鎖定
[0047]ROV (水下機器人)解開弔繩，將其收回海面；然後ROV移去連接器200上部的固定帽253，並將其收回到工具籃中，此時連接器200的主體21和殼體25解除鎖定，主體21進入準備對接的狀態；最後ROV使用二次鎖緊工具解除連接器200的對接部22的鎖定。
[0048]3.下放安裝工具並與連接器和轂座定位
[0049]首先恢復安裝工具到初始位置，ROV從工具籃中取出安裝工具100並將其置於連接器200及轂座300上方，之後通過調整對接液壓缸13將安裝工具100的第一引導套筒151對準轂座300的定位樁34、第二引導套筒152對準連接器200的引導樁212分別套入嵌合，以完成安裝工具的定位，最後ROV釋放安裝工具100，而安裝工具100的兩個鎖緊液壓缸14連同龍門架11 一同因重力作用通過滑軌順著對接液壓缸支架12兩端的滑塊下滑，直至安裝工具100的兩個鎖緊液壓缸14分別下滑至連接器200的接收板26，此時鎖緊液壓缸14端頭的鎖緊驅動件141恰能卡在連接器200的對接部22的凸緣223上。完成安裝工具、連接器和轂座定位的狀態請參見圖3所示。
[0050]4.連接器和轂座對接
[0051]首先啟動對接液壓缸13進行缸杆131的收縮，因為轂座300 —端是固定的，所以對接液壓缸13會帶著安裝工具100整體移向轂座300，又因為第二引導套筒152套合引導樁212，使得連接器200的主體21也連同被拉出連接器的殼體25，而沿著軌道槽251的方向向轂座300運動，直至卡爪23的母輪轂面與轂座300的公輪轂面接合；之後啟動一對鎖緊液壓缸14進行缸杆的推出，缸杆頂端的鎖緊驅動件141會將連接器200的推進部222從對接部22的套筒部221中推出，完成卡爪23與轂座300的公輪轂31鎖緊。對接完成的狀態請參閱圖4。
[0052]5.使用ROV收回安裝工具
[0053]ROV抓住安裝工具100的龍門架11，因為此時各引導套筒還處於與各樁結合固定的狀態，所以安裝工具的龍門架11會首先沿著滑軌被提起，使鎖緊液壓缸14脫離連接器200的接收板26，同時鎖緊驅動件141脫離凸緣223 ;當龍門架11的滑軌底端行至支架12的滑塊位置時，對接液壓缸13的各引導套筒151、152分別脫離定位樁34和引導樁212，完成安裝工具的完全脫離，然後將安裝工具收回到工具籃中。
[0054]6.對接部鎖緊
[0055]使用ROV將鎖緊螺栓鎖入套筒部221，固定推進部222與套筒部221的相對位置。至此深水管匯對接安裝完畢，可由ROV進行密封測試等後續步驟。
[0056]以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，本領域的技術人員在本發明技術方案範圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種深水管匯水平套筒式連接器，其特徵在於，包括: 主體，其中部具有供管匯貫穿的通道；所述主體在其通道的一端具有對接部，對接部設有卡爪，卡爪用以抓合一管匯連接轂座的公輪轂，卡爪內設有密封圈； 平行設置於所述主體兩側、承載並支撐該主體的支撐臂；所述支撐臂上設置有導向機構以使所述連接器相對所述管匯連接轂座定位； 固定搭設在兩條所述支撐臂上、且能將所述主體容納於其中的拱形殼體，所述殼體在所述主體的兩側開設有軌道槽，所述主體能通過該軌道槽沿與所述支撐臂的延伸方向平行的方向移動； 設置於所述主體的對接部上的引導機構，供一用於管匯連接的安裝工具定位並牽引所述對接部向所述管匯連接轂座移動。
2.根據權利要求1所述的深水管匯水平套筒式連接器，其特徵在於，所述主體的對接部具有套筒部和部分設置於套筒部內、能相對套筒部進行活塞運動的推進部，該推進部在露出該套筒部的位置向周向外側凸伸有凸緣，以供所述安裝工具推動該推進部沿靠近所述管匯連接轂座的方向相對套筒部移動。
3.根據權利要求1所述的深水管匯水平套筒式連接器，其特徵在於，所述導向機構具有位於各支撐臂靠近所述管匯連接轂座的一端的導向柱，以及從各支撐臂的下側向下凸伸的定位錐，所述連接器通過各該導向柱及各該定位錐與所述管匯連接轂座定位。
4.根據權利要求1所述的深水管匯水平套筒式連接器，其特徵在於，所述連接器在所述主體的兩側設置有滑輪，所述兩側的滑輪分別嵌入所述殼體兩側的軌道槽中。
5.根據權利要求4所述的深水管匯水平套筒式連接器，其特徵在於，所述連接器在所述主體的兩側各間隔地設置有兩個滑輪。
6.根據權利要求1所述的深水管匯水平套筒式連接器，其特徵在於，所述主體的所述引導機構包括從所述主體的上表面向上凸伸的引導樁，所述殼體在對應該引導樁的位置開設有朝向所述管匯連接轂座的引導通道，所述引導樁的一端穿過該引導通道，而延伸至所述殼體外，以供所述安裝工具定位和牽引。
7.根據權利要求6所述的深水管匯水平套筒式連接器，其特徵在於，所述殼體在所述引導通道朝向所述管匯連接轂座的反向側設置有向上凸伸的固定樁，而所述主體能經由扣設在所述引導樁和所述固定樁上的固定帽，與所述殼體鎖定相對位置。
8.根據權利要求1所述的深水管匯水平套筒式連接器，其特徵在於，所述主體還在其兩側設置有所述安裝工具的接收板，以提供對安裝工具的支撐。
9.根據權利要求2所述的深水管匯水平套筒式連接器，其特徵在於，所述主體的對接部在該套筒部上設有錐面鎖緊機構，當該推進部向所述管匯連接轂座的方向移出套筒部時，該錐面鎖緊機構能鎖定該推進部與該套筒部的相對位置。
10.根據權利要求1所述的深水管匯水平套筒式連接器，其特徵在於，所述殼體的頂部兩側具有吊繩鉤環。
【文檔編號】E21B43/013GK103510927SQ201310468530
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月9日 優先權日:2013年10月9日
【發明者】羅曉蘭, 段夢蘭, 趙宏林, 王金龍, 張康, 劉亞磊, 林建國, 範嘉堃, 姜宇飛 申請人:中國石油大學(北京)