专利名称：水下双解锁连接器的制作方法
技术领域：
本发明是关于海洋石油工程领域中用于顶部张紧立管及其他刚性管线与水下井口或毂座连接的连接器，尤其涉及一种水下双解锁连接器。
背景技术：
在海洋石油领域，各种管线和立管是输送油气资源的保证；随着工作水深的日益增加，如何实现水下井口及各种毂座与刚性管线、张紧立管的安全、可靠、快速、方便的连接是实现油气资源可靠输送的重要技术之一。随着海洋石油技术的蓬勃发展，作业水深不断增加，水下压力、温度等不利于安装的因素越来越多，安装费用和成本也迅猛增加，对连接器的可靠性要求也越来越高；如何快速、安全可靠的实现连接过程，以及在设计年限内能够有效的实现连接器的锁紧、解锁过程是设计深水连接器的关键。目前，现有的水下连接器大多是单一的液压驱动或者机械式驱动，并不能保证连接过程完全可靠的进行，不能完全应对上述问题的挑战。有鉴于此，本发明人凭借多年的相关设计和制造经验，提出一种水下双解锁连接器，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水下双解锁连接器，该水下连接器是一种液压和机械解锁方式的双解锁连接器，能够实现与水下井口进行准确、高效、可靠的锁紧和解锁。本发明的另一目的在于提供一种水下双解锁连接器，其结构简单、便于操作，能够适用于顶部张紧立管与井口、刚性管线与毂座之间连接，具有很高的可靠性和海上作业效率。本发明的目的是这样实现的，一种水下双解锁连接器，该连接器包括一贯通的管状主体，其顶端构成与管道连接的接口，位于接口下侧由上至下顺序形成第一径向凸台和第二径向凸台，所述第一径向凸台的直径大于第二径向凸台的直径; 所述第一径向凸台上设有轴向贯通的第一透孔和第二透孔；一外壁筒，套设在主体外侧，外壁筒的顶部与所述第一径向凸台的周向侧壁固定连接；所述外壁筒上部设有多个呈纵向设置的长圆形定位孔，所述多个定位孔围绕外壁筒周向均勻设置；一圆环形喇叭体，设置在外壁筒的底端，该圆环形喇叭体由上部的圆环形平面和连接在该圆环形平面下方并向下渐扩的喇叭口构成，所述圆环形平面固定连接于外壁筒的底端；一锁紧环，连接在圆环形喇叭体的圆环形平面上，该锁紧环由对应设置的两个圆弧形轴瓦以及两轴瓦之间连接的压簧构成；所述轴瓦内壁沿周向设有多条卡槽；轴瓦外壁形成由上向下径向尺寸渐扩的锁紧环锥面；一活塞筒，滑动地设置在主体和外壁筒之间，该活塞筒内壁设有一径向内凸台，该内凸台紧密接触并滑设于主体的外壁，该内凸台上侧的活塞筒内壁滑设于主体的第二径向凸台外侧；在所述主体的外壁且位于活塞筒内凸台下方固定设有一密封环，该密封环的外侧与内凸台下侧的活塞筒内壁密封滑动接触；所述第二径向凸台与活塞筒内凸台之间形成第一液压腔，所述活塞筒内凸台与密封环之间形成第二液压腔；所述活塞筒筒壁上分别设有与第一液压腔导通的第一液压通道，和与第二液压腔导通的第二液压通道；一第一液压管路穿过所述主体的第一透孔连通于第一液压通道；一第二液压管路穿过所述主体的第二透孔连通于第二液压通道；一机械解锁套筒，其滑动地套设在外壁筒的外侧上部，该解锁套筒对应所述外壁筒上的多个长圆形定位孔分别设有一穿孔，由螺钉穿过所述穿孔及对应的定位孔与活塞筒连接。在本发明的一较佳实施方式中，所述外壁筒设有轴孔，一齿轮的一端设有齿轮轴， 另一端中心设有内六角凹槽，所述齿轮轴位于该轴孔中；所述解锁套筒上设有纵向透槽，该纵向透槽的侧边设有齿条安装部，在齿条安装部设有一齿条，所述齿条与所述齿轮啮合连接。在本发明的一较佳实施方式中，所述外壁筒周向均布有多个呈纵向设置的导向条，所述解锁套筒上设有与导向条对应设置的U形导向槽。在本发明的一较佳实施方式中，在所述主体外壁下部且位于密封环下侧设有环形装配槽，多个圆弧形支撑块组装于该环形装配槽中，所述支撑块凸设于主体外壁，所述密封环底部抵靠于支撑块顶部；一环形支撑腿设置在活塞筒与主体之间，环形支撑腿上端抵顶于所述支撑块的底部，环形支撑腿下端抵靠在所述锁紧环的顶部。在本发明的一较佳实施方式中，所述环形支撑腿下端内壁向上设有一沉槽，所述沉槽的底面位于所述主体底端的下方。在本发明的一较佳实施方式中，所述环形支撑腿外壁设有一由上向下径向尺寸渐扩的锥形面，所述活塞筒的内壁设有一与该锥形面对应的定位锥面。在本发明的一较佳实施方式中，所述活塞筒的底端内壁设有与锁紧环锥面对应配合的驱动锥面。在本发明的一较佳实施方式中，所述主体底端设有密封圈组件。在本发明的一较佳实施方式中，在所述圆环形喇叭体的圆环形平面上径向对称设置有两个滑槽，轴瓦的底部设有一导向滑块，各导向滑块分别滑设于对应的滑槽中。由上所述，本发明的水下双解锁连接器，采用液压、机械双解锁方式，能够实现与水下井口进行准确、高效、可靠的锁紧和解锁，具有很高的可靠性和海上作业效率。在外壁筒底端设置喇叭口，能够使连接器定位迅速简单、平稳可靠；设置定位面对活塞筒进行限位，可以有效防止液压推动器过载，避免造成对水下毂座及连接器的损坏，提高了使用寿命；采用液压系统驱动，缩短了连接器与被连接件之间锁紧和解锁的时间，并提高了水下连接的可靠性；设置机械解锁套筒，进一步提高了水下连接的安全性；设计的锁紧环采用弹簧带动半圆环轴瓦的结构，形式新颖独特，并且相对于C型环弹簧钢结构在加工制造更易实现，有更好的锁紧效果；此外，本发明使用的齿轮齿条机械式锁紧方式，结构简单，操作方便，安全可靠。
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中图1 为本发明水下双解锁连接器的立体结构示意图。图2 为本发明水下双解锁连接器的剖视结构示意图一。图3 为本发明水下双解锁连接器的剖视结构示意图二。图4 为本发明中主体结构示意图。图5 为本发明中外壁筒结构示意图。图6 为本发明中圆环形喇叭体结构示意图。图7 为本发明中锁紧环结构示意图。图8 为本发明中锁紧环与圆环形喇叭体装配结构示意图一。图9 为本发明中锁紧环与圆环形喇叭体装配结构示意图二。图10 为本发明中活塞筒剖视结构示意图。图11 为本发明中活塞筒立体结构示意图。图12 为本发明中机械解锁套筒结构示意图。图13 为机械解锁套筒中齿轮齿条结构示意图。图14 为本发明中支撑块立体结构示意图。图15 为本发明中支撑腿立体结构示意图。
具体实施例方式为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照
本发明的具体实施方式
。如图1、图2、图3所示，本发明提出一种水下双解锁连接器100，该连接器包括
一贯通的管状主体1，如图1、图2、图3和图4所示，主体1其顶端构成与管道连接的接口 11，位于接口 11下侧由上至下顺序形成第一径向凸台12和第二径向凸台13，所述第一径向凸台12的直径大于第二径向凸台13的直径；所述第一径向凸台12上设有轴向贯通的第一透孔121和第二透孔122 ；一外壁筒2 (如图5所示)，套设在主体1外侧，外壁筒2的顶部与所述第一径向凸台12的周向侧壁固定连接，在本实施方式中，外壁筒2与第一径向凸台12的周向侧壁是由多个高强螺栓连接的；所述外壁筒2上部设有多个呈纵向设置的长圆形定位孔21，所述多个定位孔21围绕外壁筒2周向均勻设置；一圆环形喇叭体3 (如图6所示)，设置在外壁筒2的底端，该圆环形喇叭体3由上部的圆环形平面31和连接在该圆环形平面下方并向下渐扩的喇叭口 32构成，所述圆环形平面31固定连接于外壁筒2的底端，在本实施方式中，圆环形平面31与外壁筒2的底端是由多个螺钉连接的；一锁紧环4 (如图7、图8和图9所示)，连接在圆环形喇叭体的圆环形平面31上， 该锁紧环4由对应设置的两个圆弧形轴瓦41以及两轴瓦之间连接的压簧42构成的，在本实施方式中，每个连接处分别设置两个压簧，共设置有四个压簧；所述轴瓦41内壁沿周向设有多条卡槽411 ；轴瓦41外壁形成由上向下径向尺寸渐扩的锁紧环锥面412 ；
一活塞筒5 (如图10、图11所示)，滑动地设置在主体1和外壁筒2之间，该活塞筒5内壁设有一径向内凸台51，该内凸台51紧密接触并滑设于主体1的外壁，该内凸台51 上侧的活塞筒内壁滑设于主体的第二径向凸台13外侧；在所述主体1的外壁且位于活塞筒 5内凸台51下方固定设有一密封环6，该密封环6的外侧与内凸台51下侧的活塞筒5内壁密封滑动接触；所述第二径向凸台13与活塞筒内凸台51之间形成第一液压腔A，所述活塞筒内凸台51与密封环6之间形成第二液压腔B ；所述活塞筒5筒壁上分别设有与第一液压腔A导通的第一液压通道52，和与第二液压腔B导通的第二液压通道53 ；—第一液压管路 54穿过所述主体的第一透孔121连通于第一液压通道52 ；—第二液压管路55穿过所述主体的第二透孔122连通于第二液压通道53 ；—机械解锁套筒7(如图12所示)，其滑动地套设在外壁筒2的外侧上部，该解锁套筒7对应所述外壁筒2上的多个长圆形定位孔21分别设有一穿孔71 (如图3所示)，由螺钉72穿过所述穿孔71及对应的定位孔21与活塞筒上的螺纹孔56 (如图11所示)连接。如图1、图2所示，使用时，该双解锁连接器100通过工程船舶或者浮式平台下放到井口 10上方(井口 10顶端外侧设有与锁紧环4的卡槽对应的卡环)，双解锁连接器100 的喇叭口 32首先与井口 10进行粗对中，井口 10穿过喇叭口 9之后，双解锁连接器整体则放置于井口 10之上。此时，如图2左侧所示，第一液压腔A处于空间最小状态，第二液压腔 B处于空间最大状态，活塞筒5位于上方位置；锁紧环4由于压簧42的作用处于松开状态。利用水下ROV辅助，通过第一液压管路M向第一液压腔A中注入液压油，使得活塞筒5相对于主体1沿轴向向下移动，利用活塞筒5上的驱动锥面58驱动锁紧环5上的锁紧环锥面412，使得锁紧环4沿径向收缩，进而将井口 10锁紧(如图2右侧所示)，此时第一液压腔A处于空间最大状态，第二液压腔B处于空间最小状态。当双解锁连接器需要从井口 10移开时，同样利用R0V，通过第一液压管路55向第二液压腔B注入液压油，直至第二液压腔B处于其自身设计的最大空间时为止，使得活塞筒 5相对于主体1沿轴向向上运动，此时，活塞筒5底端不再推挤锁紧环4的锁紧环锥面412， 由于压簧42的作用使锁紧环4的轴瓦41处于松开状态，由此，双解锁连接器可以顺利移开井口 10(如图2左侧所示)，液压解锁的其余细节是液压锁紧的逆过程。当液压回路失灵或者无液压动力源时，可以通过机械解锁套筒7实现锁紧和解锁的过程。如图2所示，机械解锁套筒7是滑动地套设在外壁筒2的外侧上部，该解锁套筒7 对应所述外壁筒2上的多个长圆形定位孔21分别设有一穿孔71，由螺钉72穿过所述穿孔 71及对应的定位孔21与活塞筒上的螺纹孔56连接；由此，构成了机械解锁套筒7与活塞筒5的同步设计，通过手动方式来上下移动所述机械解锁套筒7，可以带动所述活塞筒5同步进行上下轴向移动，进而驱动锁紧环4完成锁紧井口和松开井口的动作。由上所述，本发明的水下双解锁连接器，采用液压、机械双解锁方式，能够实现与水下井口进行准确、高效、可靠的锁紧和解锁，具有很高的可靠性和海上作业效率。进一步，为了方便手动操作进行连接器的锁紧和解锁，在本实施方式中，如图1、图 5、图12、图13所示，所述外壁筒2设有轴孔23，一齿轮M的一端设有齿轮轴，另一端中心设有内六角凹槽，所述齿轮轴设置在该轴孔23中；所述解锁套筒7上设有纵向透槽73，该纵向透槽73的侧边设有齿条安装部731，在齿条安装部设有一齿条74，所述齿条74与所述齿轮M啮合连接；如此，可由扳手卡设在齿轮的凹槽中，转动齿轮M，通过齿条传动使解锁套筒7上下轴向移动。所述齿轮齿条传动机构可以对称设置两套。在本实施方式中，如图1、图5和图12所示，所述外壁筒2周向均布有多个呈纵向设置的导向条22，所述解锁套筒7上设有与导向条22对应设置的U形导向槽75 ；由此，当解锁套筒7上下移动时，能具有更好的移动效果。在本实施方式中，在所述主体1外壁下部且位于密封环6下侧设有环形装配槽14， 如图14所示，多个圆弧形支撑块8组装于该环形装配槽14中，所述支撑块8凸设于主体1 外壁，所述密封环6的底部抵靠于支撑块8顶部；如图15所示，一环形支撑腿9设置在活塞筒5与主体1之间，环形支撑腿9上端抵顶于所述支撑块8的底部，环形支撑腿9下端抵靠在所述锁紧环4的顶部。在本实施方式中，所述环形支撑腿9下端内壁向上设有一沉槽91，以便于连接器与井口 10对接时，井口 10的顶端可以顶靠在该沉槽91内；所述沉槽91的底面位于所述主体1底端的下方。所述主体1底端设有密封圈组件15，以保证连接部位有较好的密封效果。在本实施方式中，所述活塞筒5的底端内壁设有与锁紧环锥面412对应配合的驱动锥面58 ；当活塞筒5向下移动时，活塞筒5上的驱动锥面58可驱动锁紧环锥面412，进而使两轴瓦41径向收缩，从而将连接的井口 10锁紧。在本实施方式中，所述环形支撑腿9外壁设有一由上向下径向尺寸渐扩的锥形面 92，所述活塞筒5的内壁设有一与该锥形面92对应的定位锥面57(如图10所示)；当活塞筒5上的驱动锥面58沿锁紧环锥面412轴向下降时，直至活塞筒5上的定位锥面57接触到支撑腿9上的锥形面92为止，起到定位作用。在本实施方式中，如图6、图9所示，在所述圆环形喇叭体的圆环形平面31上径向对称设置有两个滑槽311，轴瓦41的底部设有一导向滑块411，各导向滑块411分别滑设于对应的滑槽311中。由此，保证活塞筒5底部驱动锁紧环4运动时，锁紧环4被导向滑块 411限定运动方向，使锁紧环4的轴瓦41只能径向压缩弹簧42，从而将井口 10锁紧。此外，机械锁紧套筒7上的解锁套凹槽76的作用是预留出主体1与外壁筒2连接的高强螺栓帽的空间，并有一定的轴向导向作用。圆环形喇叭体3与外壁筒2的螺钉连接设计，降低了装配的难度；另外喇叭口 32 上的筋板321的设计，减轻了喇叭口的重量，增强了导向对中能力。本发明的水下双解锁连接器，在外壁筒底端设置喇叭口，能够使连接器定位迅速简单、平稳可靠；设置定位面对活塞筒进行限位，可以有效防止液压推动器过载，避免造成对水下井口连接器的损坏，提高了使用寿命；采用液压系统驱动，缩短了连接器与被连接件之间锁紧和解锁的时间，并提高了水下连接的可靠性；设置机械解锁套筒，进一步提高了水下连接的安全性；设计的锁紧环采用弹簧带动半圆环轴瓦的结构，形式新颖独特，并且相对于C型环弹簧钢结构在加工制造更易实现，有更好的锁紧效果；此外，本发明使用的齿轮齿条机械式锁紧方式，结构简单，操作方便，安全可靠。以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式
，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
权利要求
1.一种水下双解锁连接器，其特征在于该连接器包括一贯通的管状主体，其顶端构成与管道连接的接口，位于接口下侧由上至下顺序形成第一径向凸台和第二径向凸台，所述第一径向凸台的直径大于第二径向凸台的直径；所述第一径向凸台上设有轴向贯通的第一透孔和第二透孔；一外壁筒，套设在主体外侧，外壁筒的顶部与所述第一径向凸台的周向侧壁固定连接； 所述外壁筒上部设有多个呈纵向设置的长圆形定位孔，所述多个定位孔围绕外壁筒周向均勻设置；一圆环形喇叭体，设置在外壁筒的底端，该圆环形喇叭体由上部的圆环形平面和连接在该圆环形平面下方并向下渐扩的喇叭口构成，所述圆环形平面固定连接于外壁筒的底端；一锁紧环，连接在圆环形喇叭体的圆环形平面上，该锁紧环由对应设置的两个圆弧形轴瓦以及两轴瓦之间连接的压簧构成；所述轴瓦内壁沿周向设有多条卡槽；轴瓦外壁形成由上向下径向尺寸渐扩的锁紧环锥面；一活塞筒，滑动地设置在主体和外壁筒之间，该活塞筒内壁设有一径向内凸台，该内凸台紧密接触并滑设于主体的外壁，该内凸台上侧的活塞筒内壁滑设于主体的第二径向凸台外侧；在所述主体的外壁且位于活塞筒内凸台下方固定设有一密封环，该密封环的外侧与内凸台下侧的活塞筒内壁密封滑动接触；所述第二径向凸台与活塞筒内凸台之间形成第一液压腔，所述活塞筒内凸台与密封环之间形成第二液压腔；所述活塞筒筒壁上分别设有与第一液压腔导通的第一液压通道，和与第二液压腔导通的第二液压通道；一第一液压管路穿过所述主体的第一透孔连通于第一液压通道；一第二液压管路穿过所述主体的第二透孔连通于第二液压通道；一机械解锁套筒，其滑动地套设在外壁筒的外侧上部，该解锁套筒对应所述外壁筒上的多个长圆形定位孔分别设有一穿孔，由螺钉穿过所述穿孔及对应的定位孔与活塞筒连接。
2.如权利要求1所述的水下双解锁连接器，其特征在于所述外壁筒设有轴孔，一齿轮的一端设有齿轮轴，另一端中心设有内六角凹槽，所述齿轮轴位于该轴孔中；所述解锁套筒上设有纵向透槽，该纵向透槽的侧边设有齿条安装部，在齿条安装部设有一齿条，所述齿条与所述齿轮啮合连接。
3.如权利要求2所述的水下双解锁连接器，其特征在于所述外壁筒周向均布有多个呈纵向设置的导向条，所述解锁套筒上设有与导向条对应设置的U形导向槽。
4.如权利要求1所述的水下双解锁连接器，其特征在于在所述主体外壁下部且位于密封环下侧设有环形装配槽，多个圆弧形支撑块组装于该环形装配槽中，所述支撑块凸设于主体外壁，所述密封环底部抵靠于支撑块顶部；一环形支撑腿设置在活塞筒与主体之间， 环形支撑腿上端抵顶于所述支撑块的底部，环形支撑腿下端抵靠在所述锁紧环的顶部。
5.如权利要求4所述的水下双解锁连接器，其特征在于所述环形支撑腿下端内壁向上设有一沉槽，所述沉槽的底面位于所述主体底端的下方。
6.如权利要求4所述的水下双解锁连接器，其特征在于所述环形支撑腿外壁设有一由上向下径向尺寸渐扩的锥形面，所述活塞筒的内壁设有一与该锥形面对应的定位锥面。
7.如权利要求1所述的水下双解锁连接器，其特征在于所述活塞筒的底端内壁设有与锁紧环锥面对应配合的驱动锥面。
8.如权利要求1所述的水下双解锁连接器，其特征在于所述主体底端设有密封圈组件。
9.如权利要求1所述的水下双解锁连接器，其特征在于在所述圆环形喇叭体的圆环形平面上径向对称设置有两个滑槽，轴瓦的底部设有一导向滑块，各导向滑块分别滑设于对应的滑槽中。
全文摘要
本发明为一种水下双解锁连接器，该连接器包括有贯通的管状主体、套设在主体外侧的外壁筒、设置在外壁筒底端的圆环形喇叭体、连接在圆环形喇叭体上的锁紧环、滑动地设置在主体和外壁筒之间的活塞筒、和滑动地套设在外壁筒外侧上部的机械解锁套筒。本发明的水下双解锁连接器，采用液压、机械双解锁方式，能够实现与水下井口或毂座进行准确、高效、可靠的锁紧和解锁，具有很高的可靠性和海上作业效率。本发明使用的齿轮齿条机械式锁紧方式，结构简单，操作方便，安全可靠。
文档编号E21B33/038GK102168536SQ20111010417
公开日2011年8月31日 申请日期2011年4月25日 优先权日2011年4月25日
发明者尹容衡, 张鹏, 李婷婷, 段梦兰, 段青峰, 董楠, 高攀 申请人:中国石油大学(北京)