一种金属密封钢圈水下更换工具的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种金属密封钢圈水下更换工具，其包括：本体顶端向上固定装配弹性卡环，卡环用于固定金属密封钢圈，本体顶端向下连接多个活塞，本体下部设有多个对称分布且与外部连通的水平空腔；横向导向杆一端位于本体的水平空腔内，该端连接弹簧，弹簧推动横向导向杆在水平空腔内移动，横向导向杆另一端安装挂钩，并由锁紧件锁紧，横向导向杆侧壁上设有弧形凹槽；纵向导向杆在横向导向杆的弧形凹槽一侧，其顶端连接弹簧，弹簧带动纵向导向杆作竖直移动，弹簧下方的纵向导向杆的侧壁上设有限位槽，纵向导向杆下部设有弧形凹槽；限位销一端固定在本体侧壁上，另一端顶在限位槽内；导向环固定在本体下部，导向环顶端在水平空腔的外侧。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种金属密封钢圈水下更换工具，具体地说，涉及用于水下石油 开采设备中，油气管道对接装置端部金属密封钢圈的水下更换工具。 一种金属密封钢圈水下更换工具
【背景技术】
[0002] 水下采油设备是水下石油开采的重要装置，而这些水下采油设备中涉及到大量的 管道对接。金属密封钢圈是对接置端部连接的主要密封机构，由于在水下安装过程中容易 发生磕碰导致密封失效，需要对失效的金属密封钢圈进行更换。
[0003] 在更换金属密封钢圈的现有技术中，需要将整套设备提出水面，通过作业人员手 动对金属密封钢圈进行更换，再下入进行水下对接、安装，浪费大量的作业时间，增加了高 昂的作业成本。 实用新型内容
[0004] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种金属密封钢圈水下更换工具，可以实 现水下对接装置之间的金属密封钢圈更换，省去整套设备取出和送回时间，提高安装效率， 降低安装成本；而且工具上设计有缓冲活塞，可以提高水下对接的成功率。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型提供一种金属密封钢圈水下更换工具，其包括：本 体，所述本体顶端向上固定装配弹性卡环，所述卡环用于固定金属密封钢圈，所述本体顶端 向下连接多个活塞，所述本体下部设有多个对称分布且与外部连通的水平空腔；多根横向 导向杆，所述横向导向杆一端位于所述本体的水平空腔内，该端连接弹簧，所述弹簧推动所 述横向导向杆在所述水平空腔内移动，所述横向导向杆另一端安装挂钩，并由锁紧件锁紧， 所述横向导向杆侧壁上设有弧形凹槽；多根纵向导向杆，所述纵向导向杆在所述横向导向 杆的弧形凹槽一侧，所述纵向导向杆的顶端连接弹簧，所述弹簧带动所述纵向导向杆作坚 直移动，所述弹簧下方的所述纵向导向杆的侧壁上设有限位槽，所述纵向导向杆的下部设 有弧形凹槽；多根限位销，所述限位销一端固定在所述本体侧壁上，所述限位销另一端顶在 所述纵向导向杆的限位槽内；导向环，所述导向环固定在所述本体下部，所述导向环顶端在 所述水平空腔的外侧。
[0006] 优选地，所述卡环包括若干对称分布的卡牙和基座，所述卡牙上部向外侧延伸，所 述卡牙下部连接所述基座。
[0007] 优选地，所述卡环与所述金属密封钢圈之间的连接方式是弹性过盈配合。
[0008] 优选地，多个所述活塞对称分布在所述本体顶端向下的腔体内部，所述活塞的腔 体底端设有通孔，所述通孔通向所述本体外部，所述通孔上连接封件，所述活塞的底端装配 〇型密封圈。
[0009] 优选地，所述本体上至少固定一根握杆。
[0010] 另外，优选地，所述弹簧是压缩弹簧。
[0011] 从上述的描述和实践可知，本实用新型提供的金属密封钢圈水下更换工具，其一， 简化更换流程和时间，将已安装新的金属密封钢圈的金属密封钢圈水下更换工具送至海 底，旧的金属密封钢圈拆除和新的金属密封钢圈安装同时在海底完成，尤其是高频率更换 过程中，不需要将连接器取出再送回等复杂步骤，节省了连接器取出和送回行程时间，节约 安装时间，提高安装效率；其二，在金属密封钢圈水下更换工具上连接活塞，活塞对金属密 封钢圈水下更换工具的压力具有缓冲作用，可以降低与之连接的金属密封钢圈的损坏率， 从而可以提高密封圈的对接成功率；其三，金属密封钢圈水下更换工具可以通过横向导向 杆和纵向导向杆的相互配合，自动调整挂钩锁紧状态和解锁状态的转换，从而到达自动锁 紧和解锁与之连接的新的金属密封钢圈，而且卡环与金属密封钢圈采用过盈弹性配合，所 以，操作方式简单，便于重复使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 通过下面结合附图对实施例的描述，本实用新型的上述特征和技术优点将会变得 更加清楚和容易理解。在附图中，
[0013] 图1是本实用新型一实施例所述的金属密封钢圈水下更换工具的立体示意图；
[0014] 图2是图1所示的金属密封钢圈水下更换工具的俯视图；
[0015] 图3是图1所示的金属密封钢圈水下更换工具的挂钩上勾钓金属密封钢圈后的 A-A面剖面图；
[0016] 图4是图1所示的金属密封钢圈水下更换工具的握杆的C-C面剖视图；
[0017] 图5a和图5b是图1所示的金属密封钢圈水下更换工具的活塞的E-E面的锁紧状 态和解锁状态的剖视图；
[0018] 图6a和图6b是图1所示的金属密封钢圈水下更换工具的纵向导向杆的B-B面的 锁紧状态和解锁状态的剖视图；
[0019] 图7a和图7b是图1所示的金属密封钢圈水下更换工具的横向导向杆的D-D面的 锁紧状态和解锁状态的剖视图；以及
[0020] 图8a_8e是图1所示的金属密封钢圈水下更换工具的安装示意图。
[0021] 200 :金属密封钢圈；20(Γ :金属密封钢圈；300 :连接器；400 :法兰；
[0022] 金属密封钢圈水下更换工具100 ;
[0023] 1 :本体；11 :卡环；12 :活塞；13 :水平空腔；
[0024] 14 :握杆；15 :内六角螺钉；
[0025] 121 :腔体；122 :通孔；123 :封件；124 :0型密封圈；
[0026] 2 :横向导向杆；21 :弹簧；22 :挂钩；23 :锁紧件；24 :弧形凹槽；
[0027] 3 :纵向导向杆；31 :弹簧；32 :限位槽；33 :弧形凹槽；
[0028] 4:限位销；5:导向环；
【具体实施方式】
[0029] 为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具 体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
[0030] 图1是本实用新型一实施例所述的金属密封钢圈水下更换工具的立体示意图。图 2是图1所示的金属密封钢圈水下更换工具的俯视图。图3是图1所示的金属密封钢圈水 下更换工具的挂钩上勾钓密封圈后的A-A面剖面图。图4是图1所示的金属密封钢圈水下 更换工具的握杆的C-C面剖视图。如图1、图2、图3和图4所示，金属密封钢圈水下更换工 具100包括本体1，多根横向导向杆2,多根纵向导向杆3,多根限位销4和导向环5。
[0031] 如图1、图2和图3所示，本体1顶端向上固定一个具有弹性的卡环11，卡环11的 顶端向外侧延伸，卡环11可以弹性扩张。优选地，卡环11包括若干对称分布的卡牙和基座， 卡牙上部向外侧延伸，卡牙下部连接基座。在本实施例中，采用多个对称分布的内六角螺钉 15将卡环11固定在本体1上。卡环11用于卡紧固定密封圈200。优选地，卡环11与金属 密封钢圈200之间的连接方式是弹性过盈配合。这里，金属密封钢圈200是指与连接器固 定的已经磨损的旧的金属密封钢圈200。本体1顶端向下连接多个活塞12。在金属密封钢 圈水下更换工具100顶端受到碰撞压力时，活塞12可以减缓碰撞，具有缓冲作用。本体1 下部设有多个对称分布的与外部连通的水平空腔13。在本实施例中，本体1下部设有6个 对称分布的水平空腔13。
[0032] 如图4所示，本体1上至少固定一根握杆14。在本实施例中，采用两个内六角螺 钉15将卡环11的一端固定在本体1上。握杆14有助于移动金属密封钢圈水下更换工具 100。
[0033] 如图1和图3所示，金属密封钢圈水下更换工具100设有多根横向导向杆2,横向 导向杆2的一端位于本体1的水平空腔13内。在本实施例中，金属密封钢圈水下更换工具 100设有6根对称分布的横向导向杆2,6根横向导向杆2分别位于6个对称分布的水平空 腔13内。位于本体1的水平空腔13内的横向导向杆2的一端连接弹簧21，弹簧21 -端 顶在水平空腔13的腔底，弹簧21推动横向导向杆2在水平空腔13内移动。优选地，横向 导向杆2连接的弹簧21是压缩弹簧。在本实施例中，横向导向杆2端部的直径小于杆身的 直径，弹簧21套接在横向导向杆2的端部，且一端靠近杆身，另一端靠近水平空腔13的腔 底。当弹簧受力后压缩状态，则横向导向杆2端部靠近水平空腔13的腔底，当弹簧不受力 正常状态，则横向导向杆2端部远离水平空腔13的腔底。横向导向杆2的另一端固定挂钩 23,挂钩23外侧设有锁紧件24。优选地，锁紧件24是内六角螺帽，内六角螺帽与横向导向 杆2端部配合使用。6个横向导向杆2的挂钩23形成一个环形，6个挂钩23可以勾住固定 金属密封钢圈200'。这里，金属密封钢圈200'是指将替换已经磨损的旧的金属密封钢 圈200的未使用的新的金属密封钢圈20(^。横向导向杆2的侧壁上设有弧形凹槽24。
[0034] 如图1和图2所示，金属密封钢圈水下更换工具100设有多根纵向导向杆3,纵向 导向杆3位于横向导向杆2的弧形凹槽24 -侧。在本实施例中，金属密封钢圈水下更换工 具100设有6根在本体1顶端对称分布的纵向导向杆3,6根纵向导向杆3与6根横向导向 杆2垂直交叉分布。纵向导向杆3的顶端套接弹簧31，弹簧31可以带动纵向导向杆3沿着 横向导向杆2的侧壁移动。优选地，纵向导向杆3连接的弹簧31是压缩弹簧。弹簧31下 方的纵向导向杆3的侧壁上设有限位槽32。纵向导向杆3的下部设有弧形凹槽33。纵向 导向杆3的弧形凹槽33与横向导向杆2的弧形凹槽24位置相对。
[0035] 如图1所示，金属密封钢圈水下更换工具100设有多根限位销4,每根纵向导向杆 3对应一根限位销4。在本实施例中，金属密封钢圈水下更换工具100设有6根限位销4。 限位销4顶端固定在本体1侧壁上，限位销4底端顶在纵向导向杆3的限位槽32内。在本 实施例中，限位销4采用内六角螺钉。当限位销4底端位于限位槽32的下限时，纵向导向 杆3上的弹簧31处于自然状态，当限位销4底端位于限位槽32的上限时，纵向导向杆3上 的弹簧31处于压缩状态。
[0036] 如图2和图3所示，导向环5固定在本体1下部，导向环5顶端在水平空腔13的 外侧。导向环5有助于将金属密封钢圈水下更换工具100勾挂的新的金属密封钢圈20(Γ 置于到法兰上方。导向环5可以避免弹簧13将横向导向杆2从水平空腔13内弹出，将横 向导向杆2的移动距离限定在水平空腔13腔底和导向环5之间。在本实施例中，导向环5 与本体1的固定方式是内六角螺钉15固定。在本实施例中，采用4个内六角螺钉15将导 向环5固定在本体1上。
[0037] 图5a是图1所示的金属密封钢圈水下更换工具的活塞的Ε-Ε面的锁紧状态剖视 图。图5b是图1所示的金属密封钢圈水下更换工具的活塞的E-E面的解锁状态剖视图。如 图5a和图5b所示，多个活塞12对称分布在本体1顶端，活塞12的腔体121侧壁上设有带 有通孔122的封件123,通孔122通向本体1外部，活塞12的底端连接0型密封圈124。在 本实施例中，本体1顶端向下连接4个活塞12。活塞12的使用过程如下：当水从封件123 的通孔122进入到活塞12的腔体121内，活塞12上浮到到最大位移处，定义该状态为锁紧 状态；当活塞12受到其上方的压力时，腔体121内的水通过封件123的通孔122排出，活塞 12下降至腔体121的底部，定义该状态为解锁状态。在活塞12的底端连接0型密封圈，使 活塞12与腔体121密封。
[0038] 横向导向杆2、纵向导向杆3和限位销4需要配合使用，横向导向杆2和纵向导向 杆3相互配合，可以锁紧和解锁勾挂在挂钩23上的新的金属密封钢圈200'。下面将介绍 横向导向杆2与纵向导向杆3的使用过程。
[0039] 图6a是图1所示的金属密封钢圈水下更换工具的纵向导向杆的B-B面的锁紧状 态剖视图。图6b是图1所示的金属密封钢圈水下更换工具的纵向导向杆的B-B面的解锁 状态剖视图。如图6a和图6b所示，当限位销4位于纵向导向杆3的限位槽32的下限时， 弹簧31不受力，即限位销4处于正常状态，纵向导向杆3的侧壁位于横向导向杆2的弧形 凹槽24内卡紧，此时，定义纵向导向杆3处于锁紧状态；当限位销4位于纵向导向杆3的限 位槽32的上限时，弹簧31受力，即限位销4处于压缩状态，纵向导向杆3将向下方移动，纵 向导向杆3的弧形凹槽33则滑向横向导向杆2的弧形凹槽24,纵向导向杆3的弧形凹槽 33和横向导向杆2的弧形凹槽24相对时，横向导向杆2可以移动，横向导向杆2的侧壁在 纵向导向杆3的弧形凹槽33内卡紧，此时，定义纵向导向杆3处于解锁状态。
[0040] 图7a是图1所示的金属密封钢圈水下更换工具的横向导向杆的D-D面的锁紧状 态剖视图。图7b是图1所示的金属密封钢圈水下更换工具的横向导向杆的D-D面的解锁 状态剖视图。如图7a和图7b所示，当纵向导向杆3的侧壁在横向导向杆2的弧形凹槽24 内卡紧时，横向导向杆2的弹簧21受力，弹簧21处于压缩状态，横向导向杆2 -端位于水 平空腔13的腔底，横向导向杆2另一端的挂钩23之间的距离最小，六个挂钩23形成的环 形直径最小，金属密封钢圈200'可以勾挂在挂钩23之上。此时，定义横向导向杆2处于 锁紧状态；当纵向导向杆3的侧壁从横向导向杆2的弧形凹槽23内滑出，纵向导向杆3的 弧形凹槽33则滑向横向导向杆2的弧形凹槽24,纵向导向杆3的弧形凹槽33与横向导向 杆2的弧形凹槽24相对时，横向导向杆2可以在纵向导向杆3的弧形凹槽33内移动，弹簧 21不受力，弹簧21将延伸至自然状态，则弹簧21向着水平空腔13的腔底的相反方向移动， 同时带动横向导向杆2向水平空腔13的腔底相反方向移动，横向导向杆2另一端的挂钩23 之间的距离逐渐增大，当横向导向杆2的侧壁在纵向导向杆3的弧形凹槽33内卡紧时，横 向导向杆2另一端的挂钩23之间的距离最大，六个挂钩23形成的环形直径最大，金属密封 钢圈200 '将从挂钩23上掉落。此时，定义横向导向杆2处于解锁状态。
[0041] 当横向导向杆2和纵向导向杆3处于锁紧状态时，新的金属密封钢圈20(Γ可以 勾挂到金属密封钢圈水下更换工具100 ;当金属密封钢圈水下更换工具100上方受到压力 时，横向导向杆2和纵向导向杆3将有锁紧状态转换为解锁状态，新的金属密封钢圈20(Γ 从金属密封钢圈水下更换工具100上掉落下。
[0042] 下面介绍金属密封钢圈水下更换工具在更换金属密封钢圈时的使用方法。图 8a_8e是图1所示的金属密封钢圈水下更换工具的安装示意图。如图8a_8e所示，使用金 属密封钢圈水下更换工具100更换连接器与法兰之间的金属密封钢圈时，需要进行如下操 作：
[0043] 步骤1，将新的金属密封钢圈200 '勾挂到金属密封钢圈水下更换工具100上，送 至海底需要更换金属密封钢圈的连接器300附近；此时，金属密封钢圈水下更换工具100的 横向导向杆2和纵向导向杆3呈锁紧状态，活塞12呈锁紧状态；
[0044] 步骤2,将海底法兰400上的连接器300吊起，旧的金属密封钢圈200连接在连接 器300接口处，将下端安装好新的金属密封钢圈20(Γ的金属密封钢圈水下更换工具100 放到法兰400端部；
[0045] 步骤3,将连接器300下放，通过调节连接器300的位置状态，使连接器300垂直下 放到金属密封钢圈水下更换工具100的上端，并形成初步的接触状态；
[0046] 步骤4,继续缓慢下放连接器300,卡环11的卡牙作用到连接器300的旧金属密封 钢圈200上，卡环11将连接器300上作用在旧的金属密封钢圈200的弹簧卡销顶开，之后 卡环11将连接器300上的旧金属密封钢圈200卡住；与此同时，上部旧金属密封钢圈200 的向下运动带动本体1内部的纵向导向杆3和活塞12向下移动，纵向导向杆3和活塞12 由锁紧状态转换到解锁状态，纵向导向杆3下移到解锁状态，使横向导向杆2内部弹簧21 失去限制，横向导向杆2呈解锁状态，横向导向杆2外移，横向导向杆2上的挂钩22对新的 金属密封钢圈200 '失去约束，新的金属密封钢圈200 '落到连接器300下方的对接法兰 400上；整个过程活塞12的下移，使活塞12的腔体121内的液体从活塞12的腔体121的 通孔122排出，至活塞12呈解锁状态，此过程可降低金属密封钢圈水下更换工具100对底 部法兰400的硬性冲击，从而减缓新的金属密封钢圈200 '的下落速度，即活塞12对新的 金属密封钢圈200'所起的缓冲作用。金属密封钢圈水下更换工具100将上端的旧的金属 密封钢圈200卡住，同时下端有放好新的金属密封钢圈200 '到法兰400上；
[0047] 步骤5,先提取上端的管道和连接器300,然后移除带有旧的金属密封钢圈200的 金属密封钢圈水下更换工具100,之后是管道连接器300与下方法兰400重新对接，最终完 成金属密封钢圈的更换。
[0048] 将多个新的金属密封钢圈200 '送入水下，重复使用金属密封钢圈水下更换工具 100,可以更换多个旧的金属密封钢圈200。
[0049] 通过上述本实用新型提供的实施例提供的金属密封钢圈水下更换工具，其一，简 化更换流程和时间，将已安装新的金属密封钢圈的金属密封钢圈水下更换工具送至海底， 旧的金属密封钢圈拆除和新的金属密封钢圈安装同时在海底完成，尤其是高频率更换过程 中，不需要将连接器取出再送回等复杂步骤，节省了连接器取出和送回行程时间，节约安装 时间，提高安装效率；其二，在金属密封钢圈水下更换工具上连接活塞，活塞对金属密封钢 圈水下更换工具的压力具有缓冲作用，可以降低与之连接的金属密封钢圈的损坏率，从而 可以提高密封圈的对接成功率；其三，金属密封钢圈水下更换工具可以通过横向导向杆和 纵向导向杆的相互配合，自动调整挂钩锁紧状态和解锁状态的转换，从而到达自动锁紧和 解锁与之连接的新的金属密封钢圈，而且卡环与金属密封钢圈采用过盈弹性配合，所以，操 作方式简单，便于重复使用。
[0050] 以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不 局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或 替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要 求的保护范围为准。
【权利要求】
1. 一种金属密封钢圈水下更换工具，其特征在于，其包括： 本体，所述本体顶端向上固定装配弹性卡环，所述卡环用于固定金属密封钢圈，所述本 体顶端向下连接多个活塞，所述本体下部设有多个对称分布且与外部连通的水平空腔； 多根横向导向杆，所述横向导向杆一端位于所述本体的水平空腔内，该端连接弹簧，所 述弹簧推动所述横向导向杆在所述水平空腔内移动，所述横向导向杆另一端安装挂钩，并 由锁紧件锁紧，所述横向导向杆侧壁上设有弧形凹槽； 多根纵向导向杆，所述纵向导向杆在所述横向导向杆的弧形凹槽一侧，所述纵向导向 杆的顶端连接弹簧，所述弹簧带动所述纵向导向杆作坚直移动，所述弹簧下方的所述纵向 导向杆的侧壁上设有限位槽，所述纵向导向杆的下部设有弧形凹槽； 多根限位销，所述限位销一端固定在所述本体侧壁上，所述限位销另一端顶在所述纵 向导向杆的限位槽内； 导向环，所述导向环固定在所述本体下部，所述导向环顶端在所述水平空腔的外侧。
2. 如权利要求1所述的金属密封钢圈水下更换工具，其特征在于，所述卡环包括若干 对称分布的卡牙和基座，所述卡牙上部向外侧延伸，所述卡牙下部连接所述基座。
3. 如权利要求1所述的金属密封钢圈水下更换工具，其特征在于，所述卡环与所述金 属密封钢圈之间的连接方式是弹性过盈配合。
4. 如权利要求1所述的金属密封钢圈水下更换工具，其特征在于，多个所述活塞对称 分布在所述本体顶端向下的腔体内部，所述活塞的腔体底端设有通孔，所述通孔通向所述 本体外部，所述通孔上连接封件，所述活塞的底端装配〇型密封圈。
5. 如权利要求1所述的金属密封钢圈水下更换工具，其特征在于，所述本体上至少固 定一根握杆。
6. 如权利要求1所述的金属密封钢圈水下更换工具，其特征在于，所述弹簧是压缩弹 簧。
【文档编号】B23P19/00GK203900819SQ201420263693
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】张鹏举, 施佳, 张浩楠, 齐效文, 涂再君 申请人:美钻能源科技(上海)有限公司