一种新型水下管道机械连接器的制作方法

本实用新型涉及海洋平台及油气管道领域，更具体的说，是涉及一种新型水下管型结构或管道机械连接器。

背景技术：

水下管道机械连接器是进行水下生产系统设计的关键技术。作为水下管道的可靠快速连接，其不仅可以减少经济成本，又能对海洋环境起到良好的保护作用。目前常规的水下管道连接方法有：焊接、液压式连接和机械式连接，其中机械式连接又有螺栓法兰式连接、卡爪式连接、卡箍式连接等方式。

然而，这些连接方式某种程度上，都存在着安装不便、结构复杂等缺点。如：卡爪式连接器，其安装可靠性高，但是其结构复杂，且所需安装工具复杂。卡箍式连接器其螺纹连接性能的衰退会影响到其连接的性能，且在水深大于1000m基本上不适用。综上知，需要开发和研究用于水下管道的快速、可靠的机械连接器产品。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，实现水下管道快速机械式连接、操作方便，提供一种结构简单的适用于12英寸到24英寸的海洋平台及油气管道的新型水下管道机械连接器，其结构简单，安装方便，连接可靠，可满足管道深水作业的需求，不会对海洋环境产生影响，能大幅度提升海底管道作业的效率，提高海底管道的可靠连接时间，降低海洋石油开发成本。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。

一种新型水下管道机械连接器，由连接器本体构成，所述连接器本体包括内外套接的管形销和管形套，所述管形销和管形套均设置为中空圆筒形状；

所述管形销外表面自上而下依次设置为上圆柱面、外齿段、下卸载槽和下定位安装槽，所述上圆柱面顶部设置有上凸缘，所述下卸载槽和下定位安装槽之间沿圆周开设有轴向的下连接槽，所述下定位安装槽上端设置有与下连接槽相连通的下泄油孔；

所述管形套内表面自上而下依次设置有上卸载槽、内齿段和下圆柱面，所述上卸载槽顶端沿圆周开设有轴向的上连接槽，所述下圆柱面底部设置有下凸缘，所述管形套上端外表面沿圆周设置有上定位安装槽，所述上定位安装槽下端开设有与上连接槽相连通的上泄油孔，所述管形套中部设置有与其内部相连通的径向的进油孔。

所述外齿段和内齿段相啮合，所述外齿段设置为环形圆台状，外齿段的上部外径小于其下部外径。

所述外齿段和内齿段均由沿轴向分布的圆环形锥面齿构成，所述外齿段和内齿段中每个齿底面均设置为圆锥面，且每个齿均带有锥角；所述外齿段的最下齿和内齿段的最上齿均大于其它齿的齿廓，所述外齿段的齿高大于内齿段的齿高。

所述管形套和管形销均设置为轴对称结构。

所述上连接槽和上凸缘相互插接，所述上连接槽的轴向深度大于上凸缘的轴向高度，所述上凸缘内侧下端的倒圆角半径大于上连接槽内圆下端的倒圆角半径，所述上凸缘外表面下部沿圆周开设有凹槽，上凸缘的上部分宽度等于上连接槽的宽度，其下部分宽度小于上连接槽的宽度。

所述下连接槽和下凸缘相互插接，所述下连接槽的轴向深度大于下凸缘的轴向高度，所述下凸缘外侧上端的倒圆角半径大于下连接槽外圆上端的倒圆角半径，所述下凸缘内表面上部沿圆周开设有凹槽，下凸缘的下部分宽度等于下连接槽的宽度，其上部分宽度小于下连接槽的宽度。

所述管形销外表面沿其轴向开设有通油槽，且所述通油槽位于其外齿段，所述通油槽、进油孔、上泄油孔和下泄油孔在轴向的位置在同一条直线上。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本实用新型中上卸载槽和下卸载槽的作用是，使安装完成后的参与应力传入卸载槽，而不至于集中于齿上，使齿发生变形甚至是折断，管形套和管形销在完成安装后可形成可靠的金属密封；

(2)本实用新型中管形套的最上齿和管形销的最下齿比其他齿的齿廓都大，外齿段的齿高大于内齿段的齿高，使得管形套的齿顶与管形销的齿底存在间隙，管形销的齿顶和管形套的齿底存在间隙，这样可以避免管形套和管形销在安装过程中因所需弹性变形力过大，保证了安装完成后的接触强度；

(3)本实用新型中管形套和管形销中每个齿底面均设置为一定斜度的圆锥面，且每个齿均带有一定的锥角，这样在连接完成后有效的形成自锁，并提高连接的接触强度和接触静密封能力；

(4)本实用新型中管形套和管形销都设有凸缘和凹槽，用于彼此配合连接，凸缘端部宽度略大于凹槽宽度，上凸缘和上连接槽之间、下凸缘和下连接槽之间都是非全接触，这样可以有效减少连接过程中的加载力，并在连接器的凸缘和连接槽之间形成高强度的金属密封；

(5)本实用新型中设置通油槽的目的是为了是液压油的充油速度更快；管形套表面有进油孔，主要用于在连接过程中在套和管形销形成的密闭空间中注入高压液压油，使管形销表面材料发生弹性变形而收缩，因而专用安装工具加载，完成连接器的安装；管形销上有泄油孔，用于安装完毕高压液压油的卸载与回收；

(6)本实用新型中管形套的最上齿与管形销的上圆柱面形成密闭接触，管形销的最下齿与管形套的下圆柱面形成密闭接触，这样保证了管形套和管形销在两接触端之间，形成了密闭的齿面空间；管形套和管形销都有相应的定位安装槽，用于配合安装工具的安装；

(7)本实用新型可以为管道提供连接可靠、安装快速、操作方便、结构简单的机械连接方式；连接器的连接功能和密封功能均由管形套和管形销实现；在连接完成后，进行水下作业时，连接器所受的轴向载荷和径向载荷等外界载荷，均可由齿槽部分承受；合理的选择连接器设计的齿倾角，可以减小连接器轴向加载的外载荷，同时减小的径向弹性变形量；在连接完成后，管形套的下凸缘与管形销下凹槽接触形成足够大的接触力，使得连接器表层金属发生弹塑性变形，填充接触表面的泄露通道，形成可靠的接触密封。

附图说明

图1为本实用新型的完成连接的结构示意图；

图2为本实用新型的管形销的结构示意图；

图3为本实用新型连接诶器的结构图；

图4为本实用新型的安装前的结构剖视示意图；

图5为本实用新型安装完成的具体结构示意图；

图6为本实用新型完成连接的上凸缘处连接示意图；

图7为本实用新型的实施图。

附图标记:1管形销；2管形套；3上定位安装槽；4下定位安装槽；5上泄油孔；6进油孔；7下泄油孔；8上连接槽；9下连接槽；10上卸载槽；11下卸载槽；12上凸缘；13下凸缘；14上圆柱面；15下圆柱面；16外齿段；17内齿段；18通油槽；19上管道；20下管道；21焊接端；22安装工具。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

如图1至图7所示，本实用新型的新型水下管道机械连接器，由连接器本体构成，所述连接器本体包括用于连接管道的管形销1和管形套2，所述管形销1和管形套2内外套接设置，且均设置为中空圆筒形状，所述管形套2和管形销1均设置为轴对称结构。所述管形套2和管形销1均由钢材加工制成，最好选择高强度钢材制造。

所述管形销1外表面自上而下依次设置为上圆柱面14、外齿段16、下卸载槽11和下定位安装槽4，所述上圆柱面14顶部设置有圆环形的上凸缘12，所述下卸载槽11和下定位安装槽4之间沿圆周开设有轴向的下连接槽9，所述下定位安装槽4上端设置有与下连接槽9相连通的下泄油孔7。

所述管形套2内表面自上而下依次设置有上卸载槽10、内齿段17和下圆柱面14，所述上卸载槽10顶端沿圆周开设有轴向的上连接槽8，所述下圆柱面15底部设置有下凸缘13，所述管形套2上端外表面沿圆周设置有上定位安装槽3，所述上定位安装槽3下端开设有与上连接槽8相连通的上泄油孔5，所述管形套2中部设置有与其内部相连通的径向的进油孔6。所述管形销1外表面沿其轴向开设有通油槽18，且所述通油槽18位于其外齿段16，所述通油槽18、进油孔6、上泄油孔5和下泄油孔7在轴向的位置在同一条直线上。

所述外齿段16和内齿段17相啮合，所述外齿段16设置为环形圆台状，外齿段16的上部外径小于其下部外径。所述外齿段16和内齿段17均由沿轴向分布的圆环形锥面齿构成，并非是螺线型，所述外齿段16和内齿段17中每个齿底面均设置为一定斜度的圆锥面，且每个齿均带有一定的锥角。所述外齿段16的最下齿和内齿段17的最上齿均大于其它齿的齿廓，所述外齿段16的齿高大于内齿段17的齿高。管形套2的齿数和管形销1的槽数目相同。

所述上连接槽8和上凸缘12相互插接，所述上连接槽8的轴向深度大于上凸缘12的轴向高度，所述上凸缘12内侧下端的倒圆角半径大于上连接槽8内圆下端的倒圆角半径，所述上凸缘12外表面下部沿圆周开设有凹槽，上凸缘12的上部分宽度等于上连接槽8的宽度，其下部分宽度小于上连接槽8的宽度，使得上凸缘12和上连接槽8之间存在一定间隙。

所述下连接槽9和下凸缘13相互插接，所述下连接槽9的轴向深度大于下凸缘13的轴向高度，所述下凸缘13外侧上端的倒圆角半径大于下连接槽9外圆上端的倒圆角半径，所述下凸缘13内表面上部沿圆周开设有凹槽，下凸缘13的下部分宽度等于下连接槽9的宽度，其上部分宽度小于下连接槽9的宽度，使得下凸缘13和下连接槽9之间存在一定间隙。

该连接器的安装需要特定的安装工具来完成，其安装过程及原理如下：在管形套2和管形销1在连接之前，管形套2顶部与上管道19的焊接端21进行摩擦焊接，管形销1底部与下管道20的焊接端21进行摩擦焊接。在管形套2和管形销1完成对中，利用特定安装工具22进行夹紧固定，保证管形销1的位置固定不动，管形套2可以轴向移动。在进油孔6加入高压液压油，利用加载液压缸加载完成本实用新型的安装。

管形套2朝着管形销1的方向运动，直至齿形接触形成运动干涉，形成初始安装状态，图4中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均为连接初始状态的齿形结构的局部放大图。通过进油孔6注入环境友好的液体高压油，管形套2的最上齿与管形销1的上圆柱面14形成密闭接触，管形销1的最下齿与管形套2的下圆柱面15形成密闭接触，这样保证了管形套2和管形销1在两接触端之间，形成了密闭的齿面空间。管形套2齿表面因油压力弹性变形而产生膨胀，管形销1齿表面因油压力弹性变形而产生收缩。

为了保证管形套2和管形销1在弹性变形过程中不发生塑变，对连接器材料需要能保证有高的弹性极限。材料表面弹性变形到一定程度，近而利用特定的安装工具，利用管形套2的上定位安装槽3，将管形套2夹紧，保证径向刚度，对管形套2进行轴向加载，使管形套2向管形销1运动。在运动的过程中，高压液压油同时会从两端流出。

当管形套2的齿和管形销1的槽互补时，安装完成。安装后的管形套2和管形销1的齿面接触结构，如图5中的Ⅳ局部放大图所示。管形套2的齿顶与管形销1的齿底存在间隙，管形销1的齿顶和管形套2的齿底存在间隙。在连接完成后，管形套2的下凸缘13和管形销1的下连接槽9、管形套2的上连接槽8和管形销1的上凸缘12连接效果如图5中Ⅴ、Ⅵ局部放大图所示。上凸缘12和上连接槽8、下凸缘13和下连接槽9并非是全接触，这样可以有效减少连接过程中的加载力，并在连接器凸缘和连接槽之间形成高强度的金属密封。安装完成后管形套2和管形销1之间还存在一定空间。

同样可以在安装完成的连接器中注入高压液压油，是连接表面产生收缩，再利用安装工具反向加载，可以完成连接器的拆卸。

本连接器可以用于海洋石油TLP平台张力钢索的连接。TLP张力钢索是空心钢管，直径从610mm到1200mm不等，壁厚为20～35mm。长度为60～90m不等。在TLP平台中，通过机械连接起来的张力钢索总长超过1500m。在实际中，由于TLP平台具有周期性的横荡、纵荡等，因此对于机械连接器的要求具有很高的疲劳强度和拉伸强度，良好的密封性能和快速连接、易于更换等要求。本实用新型的连接器具有结构可靠适合快速拆装、具有自紧特性、结构简单可靠、非整体式、安装拆卸方便等特点。其拆装工具应满足拆装方便、便于携带、结构紧凑等特点，可以有效的实现TLP张力钢索的机械连接。

尽管上面结合附图对本实用新型的功能及工作过程进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。