流體管道連接器的製作方法
2023-04-25 16:32:11
專利名稱：流體管道連接器的製作方法
技術領域：
本發明是有關用於連接和截斷流體管道的連接器，這些管道如用於石油和/或氣體的輸送管和流送管，具體地說，是用於需要將管道連接到海底開採組件和輸送管上，或者從海底開採組件和輸送管上將管道拆開的海底現場，但其應用又不局限於此。
海底系統模件化的增加，促使對海底設備安裝和維護時間的減少。易互換組件的建議要求具有合適的「連接器」。通用的連接器既昂貴又複雜，而且還缺乏可靠性。
過去和現在在北海上採用的方法是使用多基標連接方法將這些組件連接/拆開的。這些方法建立在大量對準基標的基礎上，它違反了在連接/拆開兩個或兩個以上零件時要求最少的基標這一基本工程設計原則。
此外，為把這些多基標組件連接和拆開，經常需要很大的力量使管道工程達到對中，於是常常造成密封件或機體的損壞，因而導致停產，熱膨脹也會對連接裝置施加過大的力。
近期用於北海中的一個多連接海底組件的實例中，包含大約20個單獨的連接器，它依靠昂貴的夾緊裝置和定位裝置來保證連接的完整性，此外，為保留流體需要在每個連接器側面設置閥門。這就意味著在每個連接器的交界面上，都需要安有一對昂貴的、且使系統可靠性降低的切斷閥。
申請人的觀點認為，一種沒有已知的多連接海底組件所具有的缺點的連接器系統，在任何模件化系統中，對海底油田的發展來說，已成為一個關鍵的部件。由於近來石油價格的波動，對石油公司來說大大增加了為探求油田發展新方法的壓力。經歷了初次衝擊以後，許多石油公司目前正計劃下一步主要發展新的較小油田系列。這些計劃將包括對模件化和連接裝置等問題的更多的新探討。因此，石油公司可採用的合適的連接器是一個很重要的問題。
申請人認識到，這種連接器的另一主要問題是在FPV上(浮動採油船隻上)撓性提升器系統的QCDC(快速連接/拆開)。海底設備和FPV之間的撓性提升器系統需要一個連接器，該連接器可以連接FPV，在緊急情況下，即使FPV已離開站臺，也能將FPV快速鬆脫或投擲。
當然，本發明的主要目的是提供一種連接器，這種連接器不僅克服了上述的連接/拆開操作的缺點，並解決了對外切斷閥的需要，而且在連接器的價格大約可降低到現有連接器系統價格的1/4情況下，仍然可以提高連接器的可靠性。
所以，本發明是適用連接和拆開管道流體的連接器。
上述連接器的特徵是它包括兩個相配部件，每個部件上都設置多個孔;當連接兩個部件時，該裝置將一個部件上的孔與另一部件上對應的孔相連通，因而使流體穿過孔並通過連接器;為阻止流體通過孔和連接器，不使上述孔連通，此時可將一個部件從另一個部件上拆下來。
按照本發明，適於連接現有海底開採組件的全部連接裝置和閥門都可以由單一基標的多孔連接器代替。連接器只需一個連接操作，它可以在沒有潛水員的情況下，用遙控或適宜的水下機械手、遙控維護系統(RMS)或搖控操作運載工具(ROV)進行操作。藉助使孔連通和截斷的操縱裝置，當兩部件連接時流體流動，兩部件拆開前流體流動截止，要達到上述目的，利用本發明裝置是可以很簡單和很容易實現的。只有在兩部件未進行連接時，孔不連通，穿過連接器的液流停止流動。因此，使孔連通和不連通的裝置實際上起到一個包含在連接器兩部件裡的一個簡單的內部閥門的作用。在連接器兩部件的每個斷面上提供完整的壓力。
為了適應各自的需要，雖然連接器的部件上可設置適當數目的孔，但在實施例中，建議在每個部件上安排10個孔。
最好在將孔連通和截斷裝置中的一個部件上設置第一套環，而在另一部件上設置第二套環，每個套環上有套口，兩部件進行連接時，套環互相連接起來進行轉動，套環的一個套孔相應地與另一個卓錐災小Ｒ虼耍繃教諄飯餐降諞晃恢檬保卓諳嘍粵講考系目錐宰跡率沽魈蹇賞ü悠髁鞫弊降詼恢檬保卓諳嘍粵講考系目灼肓耍員闋柚沽魈逋ü悠鰨山講考鸝 為使連通/截斷裝置上的孔和套口達到滿意的密封，連接器還包含在上述孔連通和截斷期間，確保密封件安放在每個部件上孔周圍的密封裝置。
每個部件上的密封裝置最佳實施例中，密封件放置在每個孔和部件連接時已對準的套口之間。該密封件可以是梨形或淚珠形，以便在孔和套口處於偏離位置時，該密封件既能環繞在孔周圍，又能環繞在套口周圍。各個部件的密封裝置最好也至少包括一個圍繞單個孔的密封環，最好至少還設置一個密封環環繞一個部件上的套口，以便在連接部件時，在已對中的套口之間提供密封作用。
在便利的條件下，連接器包括一閉鎖機構，以使兩部件相互連接，以及當兩部件連接時提供將它們拉在一起的預緊力。
閉鎖機構的最佳實施例中，一個部件上設有凸輪形狀的突臺，兩部件連接時，通過旋轉使突臺與另一部件上的吊耳銜接，吊耳處於張緊狀態，如利用張力杆的方式使吊耳張緊，這樣突臺與吊耳銜接後將兩部件拉在一起。
連接器具有「插塞與插座」的型式是最有利的，這種連接器帶有相配合的凸形和凹形部件，在把連接器應用於海底開採組件上時，凹形部件放置在組件上，凸形部件連接液流管道。
為使凸形部件很方便地配入凹形部件中，以使連接器的兩部件連接在一起，最好凸形部件上的套環外表面呈內錐形或漏鬥形，它與凹形部件上的套環的外錐形或漏鬥形表面銜接。
為在連接器內維持一定的工作壓力，同時為了減少部件之間的分力，套環上的錐度應儘量的小。
兩套環的相互固定以致使它們儘快地旋轉，可以通過慣用的方式達到，如利用花鍵或鍵-鍵槽結構的連接方式達到。
使孔連通/截斷的方法可以轉用其它合式的方式，如採用機械、液壓或電力方式。
為更易於了解本發明，下面將通過例子，並參照附圖介紹一實施例，圖中
圖1表示按照本發明構成的一種應用於海底石油開採系統中的連接器技藝圖;
圖2表明在另一海底石油開採系統中連接器另一種應用的技藝圖;
圖3和4是圖1和圖2中的連接器配備的凹、凸部件的側視圖;
圖5是沿圖6A-A剖線的縱剖面圖，圖中連接器的左側封閉，右側敞開;
圖6是沿圖5中的B-B剖線的橫剖面圖;
圖7是沿圖6C-C剖線的縱剖面圖;
圖8a至8d表示連接器的部件進行連接時，按順序排列的示意橫剖面圖;
圖9表示連接器特徵放大圖。
參照圖1，一個海底石油設備包括若干海底開採組件1，組件1分別支承在海床3上的機架2內，通過管道4從油井5中收集離析的石油、氣體和水，並通過管道7將它們輸送到海面上的油井機6上。為將流送管4和7連接到石油開採組件1上，藉助船8可把它們下落到機架2上，或從機架2上脫離，每個組件都裝備有如圖3至9中所示的、一般用數字9標出的連接器。
圖2示出連接器9的另一種應用，其中把數個海下開採組件36藉助撓性管道38連接到半浸入水中的浮動平臺37。每條管道38均通過一個連接器9進行連接，以便在必要時從平臺將管道進行快速連接/拆開。連接器9為「插塞和插座」型式，它包括安裝到海底組件上共同操作的凹形部件10和與之相配合的凸形部件11，凹形部件10裝配在凸形部件11上，如圖5所示。每個凹、凸部件上都設有數個孔12和13，孔13相應地與載裝流件管道4連通，(見圖1)，凹、凸形部件上有帶錐度的圓柱套環14和15，套環上設置各自的套口16和17，套口是為了分別連通孔12和13中的一個對應的孔，如圖5、6所示，圖中右側表示液流通過的通孔，繼而通過連接器9，截斷孔12和13，以阻止液流通過孔12和13繼而阻止液流通過連接器9(如圖中左側所示)。
為使套環在第一位置和第二位置之間產生旋轉運動，採用裝置(圖中未表示)將套環14，15進行偶合，圖5和圖6的右側表示第一位置，在這個位置上，對中後的套口16和17分別與相對應的孔12和13對準，在第二位置(圖5圖6中左側表示)上套口16和17與對應的孔12和13偏離。
孔12和凹形部件10的套口16之間以及孔13和凸形部件11的套口17之間配置數個密封件，如圖5和圖7所示。這些密封件圍繞部件10、11上的孔安放，它們包含承受內壓力的環形初級密封件18、承受外壓力的環形二級密封件19，以及當將套口和孔對中/偏離時，承受內壓力的梨形包絡密封件20。在連接部件10、11時，兩套環14、15上的已對準的套口之間也放置了環形密封件21。套環14、15的每一端上同樣也設置屏蔽密封件22，用以防止由於其它密封件產生了洩漏而將液流溢入周圍環境裡，同時防止在萬一產生較大的外壓力情況下液流進入海中。
兩部件10、11進行連接之前，它們處在「封閉」位置，如圖5、6左側所示，圖8a所示的凸形部件11裝設一個鎖銷形式的聯銷裝置(圖中未表示)，以保證拆開時套環15不致產生轉動，而使孔13外露。採用這種方法在拆開時流體不會溢出來，當兩部件尚未連接時，套環保險「鎖定」或固定在孔的「封閉」位置。在兩部件進行連接期間，將凹形部件下放到凸形部件上，開始利用提升銷23使兩部件保持分離，用過濾水衝洗部件的配合表面，以去除沾染的砂粒、灰塵等微粒，因為這些汙物會破壞密封性能。衝洗完畢後，利用閉鎖機構24使兩部件銜接起來，閉鎖機構24包括裝在凹形部件10上的凸輪環25，轉動凹形部件使凸輪環連接凸形部件11上的吊耳26，此時提升銷23縮回，鬆開凸形部件的聯鎖裝置。使吊耳26連接張力杆27，張力杆27穿過凸形部件縱向延伸，當凸輪環銜接吊耳時，將兩部件10、11拉在一起，如圖8b所示的已連接在一起的部件中，已對準的套口16、17與孔12、13偏離。為確保兩套環經常一起轉動，並使套口16、17對準，在兩套環14、15之間也安裝一個對中的驅動鍵(圖中未畫出)。
在部件10、11保持靜止狀態時，兩套環轉動，如圖8c所示，於是套口16、17運動使它們與孔12、13對中，以便相互連通，這樣可使流體流過連接器。套環轉動時，梨形密封件20保證密封件繼續保持在每個部件的孔和套環之間。
圖8d表示完全「敞開」的位置，其中孔12、13與對準的套口16、17相互連通，在這個位置上，環形密封件18和21承受了全部壓力，而梨形密封件20卻不起作用。
此後，用互鎖件36將閉鎖機構鎖定在此位置上，如放大圖9所示，為防止當套環14和15處於「敞開」(活動)狀態時，兩部件10和11拆開。互鎖件包括一個第一彈簧加載銷子37，它由套環14、15的轉動操縱，並依次操縱第二彈簧加載銷子38，銷子338操縱一個安全銷39進入凸輪環25上的孔40中。這樣防止凸輪環反轉而脫開弔耳26。
為使兩部件拆開，只要按上述工序單個地反向進行操作即可。首先，反轉套環使孔截斷，並鬆脫閉鎖機構;其次，通過轉動閉鎖機構使凹、凸部件分離。可以看到，在操縱兩部件使它們相互銜接並隨之鎖定閉鎖機構以後，通過轉動帶錐度的套環直到孔和套口對準為止，此時兩部件上的孔同時「敞開」。
這種閉鎖機構非常適於承受組件負載和側面流動載荷。
連接器還包括固定到凹形部件10上的導柱28的導向和對中系統。導柱28上有與凸形部件11的錐孔相配合的錐形端部29，在導柱插入凸形部件上的中央導孔30時，錐形端部29防止產生偏心。當插入導柱時，導柱另一端上的定向渦杆31支承一個平鍵32，平鍵使凹形部件轉動直至使鍵進入與其相配合的鍵槽33內為止。然後由塞栓34和定向銷35完成準確的對中。
從圖5中可容易看到，孔13具有軸向逆流部分13a和相對於凸形部件11軸線成90°角安置的徑向順流部分13b。
全部驅動操作如轉動相互連接的套環14、15以及閉鎖成「敞開」和「封閉」形式的操作，都由方便的初級液壓操縱，這些操作最好具有適於遙控操作運載工具(ROV)使遙控維護系統(RMS)的二級機械系統(圖中未示觶 孔和套口上安置的全部密封件最好帶有開口(未示出)，以便可進行監測和壓力整體實驗。
此外，在拖延拆卸時間的情況下，凸形部件適於放置一壓縮型或耐腐蝕形的罩蓋。
當然，在選擇所有材料時應考慮海底環境情況、管道內的流體和實際操作情況，以獲得成本最低而可靠性最高的連接器。
上述的連接器特別適用於海底，此外，它還可作為專有設備或以改型的方式適合於一些其它特殊的應用。根據連接器設計的基本原理，也可以將它放置在一個沒有潛水員、遠距離安裝和可收回的組件系統中。
人們應該理解到本發明不僅限於介紹的實施例，同時還包括由權利要求所確定範圍內的其它改型和變型的實施例，如上述連接器主要用於立式或基本立式設備的連接和拆卸中，此外，還可用於與垂直方向成一定角度的連接和拆卸中，其中包括水平連接和拆卸。
此外，若不採用圓柱形套環14和15，還可用兩個可迴轉的帶套口圓盤代替圓柱形套環，圓盤上的套口與凸形和凹形部件上軸向延伸的孔相對中和相互偏離。
在最佳實施例中，孔處於截斷位置以後，用提升銷23迫使凹、凸部件10和11分離，這對拆開兩部件10和11非常有利。
儘管上面介紹的本發明的連接器應用於海底系統，但人們可以看出它也適於其它領域應用的相對的岸上系統。
權利要求
1.用於連接和拆卸流體管道的連接器，其特徵在於連接器(19)包括兩個相配合的部件(10、11)，每個部件上設置許多孔(12、13)；還包括用來將一個部件(10、11)上的孔(12、13)與另一部件(10、11)上對應的一個孔(12、13)相連接和截斷的裝置(14、15)，當兩部件(10、11)連接時，使流體穿過孔(12、13)並穿過連接器(9)，截斷孔以阻止流體穿過孔(12、13)和穿過連接器(9)，因此，一個部件(10、11)可以從另一部件(10、11)上拆卸下來。
2.按照權利要求1所述的連接器，包括密封裝置(20)，該密封裝置確保在連通和截斷孔的情況下均保留在每個部件(10、11)上的孔(12、13)周圍。
3.按照權利要求1或2的連接器，其特徵在於連通和截斷孔的裝置(14、15)包括一個部件(10)上的第一套環(14)和在另一部件(11)上的第二套環(15)，每個套環(14、15)都設有套口(16、17)，當連接兩部件(10、11)時，為使套環(14、15)轉動，將它們相互連接起來，套環(14、15)上的套口(16、17)彼此相對對中，因此，當兩套環一起轉動到第一位置時，對準後的套口(16、17)與對應的兩部件(10、11)上的孔(12、13)對中，以使流體流過連接器(9);當轉到第二位置時，套口與對應的孔(12、13)偏離，以阻止流體流過連接器(9)，並允許兩部件(10、11)拆開。
4.按照權利要求2和3所述的連接器，其特徵在於每個部件(10、11)的密封裝置包括各個孔(12、13)和部件(10、11)連接時已對準的套口(16、17)之間的密封件(20)，該密封件具有這樣的形狀，即在孔和套口處於偏離位置時，密封件既能圍繞著孔(12、13)，也能圍繞著套口(16、17)。
5.按照權利要求4所述的連接器，其特徵在於密封件(20)呈梨形。
6.按照上述任一項權利要求的連接器，其特徵在於每個孔(12、13)周圍至少安裝一個環形密封件(18、19)。
7.按照權利要求2至6中任一項權利要求的連接器，其特徵在於至少有一個環形密封件(21)放置在套環(14、15)之一(14)上的每個套口(16)周圍，以便在連接部件(10、11)時，於套環(14、15)上訊宰嫉奶卓冢 6、17)之間提供密封。
8.按照上述任一項權利要求的連接器，包括閉鎖機構(24)，用以銜接兩部件(10、11)和提供一個將兩部件(10、11)連接時把它們拉在一起的預緊力。
9.按照權利要求8所述的連接器，其特徵在於閉鎖機構(24)包含部件(10)上的凸輪形突臺(25)，通過旋轉，在兩部件(10、11)連接時，突臺與另一部件(11)上的吊耳(26)銜接，吊耳(26)處於應力狀態，因此，突臺(25)和吊耳(26)的銜接使兩部件(10、11)拉在一起。
10.按照權利要求9的連接器，其特徵在於拉杆(27)連接吊耳(26)，以便將兩部件(10、11)拉在一起。
11.按照權利要求9或10的連接器，其特徵在於互鎖件(36)防止凸輪形突臺(25)與吊耳(26)脫開，互鎖作用一直到孔(12、13)截斷，隨後兩部件(10、11)拆開為止。
12.按照權利要求3至10中的任一項和權利要求11的連接器，其特徵在於互鎖件(36)由套環(14、15)的轉動所操縱。
13.按照上述權利要求中的任一項的連接器，其特徵在於連接器(9)具有帶互配的凹形和凸形部件的「插塞和插座」型式。
14.按照權利要求13的連接器，其特徵在於為了使凸形部件(11)方便地進入凹形部件(10)中，以便使連接器的兩部件(10、11)連接在一起，凸形部件(11)上套環(15)的外表面呈內錐形或喇叭口形，它與凹形部件(10)上套環(14)的外錐形或喇叭口形表面相配合。
15.按照上述任一項權利要求的連接器，包括一個提升機構(23)，以便在初始連接時在部件(10、11)之間保持一段間隔，達到在把兩部件鎖定在一起之前將它們的相配表面衝洗乾淨。
16.按照權利要求2至15中任一項的連接器，其特徵在於至少兩部件(10、11)中的一個部件(11)裝配一互鎖件，當部件(10、11)拆開時，保證孔(13)和一個部件(11)上的套口(17)保持偏離狀態。
17.用於連接和拆開流體管道的連接器，所述的連接器包括兩相配的部件;每個部件上設置許多孔;一種裝置，當兩部件連接時，該裝置將一部件上的孔連通另一部件上對應的孔，以使流體流過孔和連接器;該裝置將孔截斷使流入孔和連接器的流體中止，於是部件彼此拆開，以及密封裝置，它確保在孔連通和截斷的情況下，密封件都能保留在每個部件上的孔的周圍。
18.用於連接和拆開流體管道的連接器，所述的連接器包括兩相配的部件;每個部件上設置許多孔;一種裝置，當兩部件連接時，該裝置將一部件上的孔與另一部件上對應的孔連通，以使流體流過孔和連接器;該裝置將孔截斷使流入孔和連接器的流體中止，於是部件彼此拆開，以及一個閉鎖機構，它是為了將兩部件相互銜接並在它們進行連接時提供將兩部件拉在一起的預緊力。
全文摘要
用於連接和拆開流體管道的例如應用在離岸裝置中的連接器是「插塞和插座」型，它包括安裝在海下組件上的凹形部件和互配的凸形部件。每一凹、凸部件都有許多連接到流體管道的孔13和孔12，錐形圓柱套環14、15分別設在凹、凸部件上並有相應的套口16、17，以便連通孔12和13，使流體通過孔並通過連接器；也可以截斷孔12、13以阻止流體通過孔12或13和通過連接器，在此位置時可將凹、凸部件分離。
文檔編號F16L37/00GK1036447SQ88107580
公開日1989年10月18日 申請日期1988年9月24日 優先權日1987年9月25日
發明者戴維·埃裡克·阿普爾福德, 科林·喬治·米倫姆, 麥可·約翰·林馬, 鄧肯·麥克雷·史各特 申請人:古德費洛合伙人有限公司