一种周向增力的卡压式海底管道连接器的制作方法

本发明涉及一种管道连接装置，尤其涉及一种周向增力的卡压式海底管道连接器，属于海底管道连接器领域。

背景技术：

海底管道连接器广泛用于安装或修复海底油气管道。目前管道的连接方法主要有：焊接、螺栓法兰连接、卡箍连接、卡爪连接、卡压连接等，其中卡压式连接是一种新的连接方式，与其他方式相比更为高效、可靠，结构更为紧凑。

现存技术缺点：

目前的卡压式连接器均采用以轴向运动的楔形增力机构来实现连接与密封。发明专利“可拆卸式管道连接器”(发明专利201610115655.2)，作为一种典型的卡压连接器，为了挤压连接器基体，须沿轴向顺次设计多个楔形锥面，因此挤压增力的行程很长；另外，安装过程中，形成的挤压接触面为沿轴向移动的周向窄环形带，该过程中被挤压的连接器基体轴向受力不均匀，易导致被挤压结构的外压失稳，有轴向扭曲变形的风险。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种通过周向旋转方式实现楔形增力作用的周向增力的卡压式海底管道连接器。

本发明的目的是这样实现的：包括壳体、压力环、与管道接触的基体，压力环位于在基体与壳体之间，所述壳体是以中间位置为基准的左右对称的中空筒形结构，且在壳体的中间位置外表面设置有环形凹槽、内表面设置有环形凸肩，壳体两端部的内表面均设置有倾斜导向增力槽，壳体两侧外表面上分别设置有锁紧螺栓孔，所述压力环和基体均有两个、且对称设置在壳体内部的左右两侧，每个基体的一端与环形凸肩接触、另一端的外表面设置有增力齿，每个压力环的内表面设置有增力齿配合的增力齿槽、外表面设置有与倾斜导向增力槽配合的倾斜导向凸台，每个压力环的外表面还设置有与锁紧螺栓孔对应的锁紧盲孔，在锁紧螺栓孔和锁紧盲孔内设置有锁紧螺栓。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.在基体的与增力齿同侧的内表面上沿轴向均布有环形凸起的密封环；在所述基体内的表面还设有与所述密封环平行的一道支撑环。

2.锁紧螺栓孔、锁紧盲孔以及锁紧螺栓均有三个，其周向等间距布置。

3.所述倾斜导向增力槽的槽底面形状是由一个槽底面为平行四边形弧面的倾斜增力槽段与槽底面为矩形弧面的轴向导向槽段叠加而成。

4.所述增力齿的齿宽方向是沿轴向的，且增力齿的一侧面为凹圆弧斜面、另一侧为斜面。

5.所述支撑环截面为矩形，所述密封环截面均为三角形。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明相比沿轴向增力的卡压式连接器，实现了周向旋转增力功能，隔离了管道的轴向扰动对连接器结构的直接影响；本发明在周向由倾斜导向增力槽侧壁、增力齿的凹圆弧斜面组成了二级的增力机构；本发明的二级增力机构，大幅减轻了现有卡压式连接器连接过程中的卡顿现象；本发明的二级增力机构均使压力环的轴向移动行程更短，相比只有一级轴向增力结构的卡压式连接器，减少了连接机具的加载时间；本发明的密封环同时实现了对管道的密封与锚定功能。

附图说明

图1a为本发明预备安装状态的内部结构示意图，图1b是图1a的a-a方向的结构示意图；图1c、图1d、图1e分别是i、ii、iii的局部放大示意图。

图2a为本发明安装完成状态的内部结构示意图，图2b是图2a的b-b方向的结构示意图；图2c、图2d、图2e分别是iv、v、vi的局部放大示意图。

图3为本发明预备安装状态的三维结构剖视图。

图4为本发明安装完成状态的三维结构剖视图。

图5为壳体三维剖视图。

图6a和图6b分别为壳体内部结构示意图、倾斜导向增力槽槽底形状示意图。

图7a-图7c为压力环结构示意图一、二、三。

图8a-图8c为基体结构示意图一、二、三。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1a至图8c，本发明的连接器为对称结构。包括连接器壳体、压力环、基体、锁紧螺栓四部分组成。

所述壳体为中空筒形，中部外侧设有一道环形凹槽，用于发明专利“卡压式机械连接器的连接工具”(专利号：201310276554.x)相配合，本发明在使用时需借助该工具提供所需的轴向夹紧力；所述壳体内侧中部有一道环形凸肩，用于所述基体安装时的定位；所述壳体两侧的内表面上开设多道倾斜导向增力槽，用于引导所述压力环轴向旋转，同时有增力作用；在所述壳体两侧的外表面上，各沿周向均布3个锁紧螺栓孔，用于在使用过程中防止连接器内部结构意外松动。

所述压力环为中空筒形，所述连接器共需2个压力环。每个所述压力环的外壁面周向的设有可与所述倾斜导向增力槽配合的倾斜导向凸台；所述压力环的内表面，沿周向的均布设置有增力齿槽，其槽方向沿所述壳体的轴向，所述增力齿槽贯穿压力环两侧端面；所述压力环周向开设有与所述锁紧螺栓孔对应的锁紧盲孔，当所述连接器连接结束时，所述压力环也同时旋转完成，所述锁紧盲孔的轴线与所述锁紧螺栓孔的轴线同轴共线。

所述基体为中空筒形，所述连接器共需2个该基体。所述基体的一端为筒形，能与所述壳体的环形凸肩定位配合，并在使用前通过焊接方式与所述壳体固定连接；所述基体另一端的外表面，沿周向均布增力齿；所述基体的与增力齿同侧的内表面上，沿该基体轴向均布多道环形凸起的密封环；在所述基体内的表面还设有与所述密封环平行的1道支撑环，用于和所述密封环共同支撑管道。

所述锁紧螺栓安装前预先旋转拧入所述锁紧螺栓孔中，但旋入较小的深度，保证该锁紧螺栓不接触所述压力环。在完成连接后，通过水下机器人继续旋转所述锁紧螺栓，使螺栓端部进入所述锁紧盲孔，从而固定了压力环与壳体的相对位置，防止在使用过程中，所述压力环由于振动等环境因素反向旋转，导致连接失效。

所述倾斜导向增力槽的槽底面形状是由一个槽底面为平行四边形弧面的倾斜增力槽段与槽底面为矩形弧面的轴向导向槽段叠加而成的，这两种槽段的槽底面共面；

所述轴向导向槽段，与所述倾斜增力槽段数量相同。该轴向导向槽段的作用是使所述压力环在连接前的装配时，可直接沿轴向插入到所述壳体和所述基体之间的指定深度位置，而无需沿所述倾斜增力槽段转动，避免了装配过程中所述增力齿槽与所述增力齿相对旋转发生干涉。

所述倾斜导向增力槽与所述壳体轴向之间的倾斜角度，根据所述压力环连接过程中需旋转的角度及压力环轴向移动的行程经计算确定，对不同规格的管道所述倾斜角度不同，以保证连接完成时所述压力环沿所述倾斜导向增力槽旋转后，正好处于所述增力齿被压紧着的位置。所述锁紧螺栓孔为螺纹通孔，其开孔位置与所述倾斜导向增力槽位置错开，从而使所述锁紧螺栓孔的孔壁有最大厚度。所述压力环材料的强度大于所述基体材料的强度，在连接过程中所述增力齿槽不发生形变。所述增力齿的齿宽方向沿轴向，一侧面为凹圆弧斜面，与所述增力齿槽配合可起增力作用；另一侧为斜面，用于周向定位作用。所述增力齿槽的轴向长度大于所述增力齿的轴向长度，使压力环轴向移动并转动的过程中，增力齿一直在增力齿槽内。所述锁紧盲孔不穿透所述基体筒壁，以免影响所述增力齿的增力作用；所述支撑环截面为矩形，为一圈沿周向分为多段的环形凸起，分段的目的是减轻径向收缩时环部的内应力。所述密封环截面均为三角形；通过连接后嵌入到管道表面，同时实现了对管道的锚定和密封功能。所述压力环、所述壳体的材料硬度均大于所述基体硬度，连接过程中所述基体整体发生径向收缩，而所述连接器的其他结构不发生形变。

本发明的连接器为对称结构，因此下面以装置右半部分为例，说明安装过程及密封原理。

在连接器入水前，进行如下准备工作：如图1a-图1e所示，先将基体4插入壳体1中，与壳体的环形凸肩12配合；再将压力环3的每条倾斜导向凸台18对准壳体内部的倾斜导向增力槽14的轴向导向槽段17的右侧槽口，同时将增力齿槽20与基体的增力齿21相配合，以上部分均对准后，直接将压力环沿轴向插入基体与壳体之间，直至倾斜导向凸台与倾斜增力槽段16的侧壁15接触为止。手动旋拧锁紧螺栓2于锁紧螺栓孔13中指定深度，以便在连接完成后进一步旋紧来锁紧压力环。最后将基体与壳体通过焊接方式固定连接。此时连接器内部结构的相对位置状态如图1b和图3所示。

水下连接过程：先将连接器整体下放入水，调整连接器位置将两端的被连接管道5均插入连接器内部预定位置。将卡压式管道连接器的连接工具与壳体上的环形凹槽9嵌合，工具启动后推动压力环沿壳体的轴向向壳体内移动，因连接前压力环的倾斜导向凸台侧壁已与倾斜导向增力槽侧壁贴合，所以压力环在轴向移动的同时，被迫沿着倾斜导向增力槽的侧壁滑动，从而使压力环相对于壳体发生轴向移动和周向旋转，直至压力环被完全压入壳体，壳体端面10与压力环端面11重合，此时连接完成，这时连接器内部结构的相对位置如图2b和图4所示。

水下连接过程中存在两级增力作用：倾斜导向增力槽实现了液压夹紧工具的轴向夹紧力转化为压力环的周向旋转力的第一级增力作用；第二级增力作用为：因压力环的增力齿槽相对基体轴向移动并旋转，即各个增力齿槽将沿对应增力齿的凹圆弧斜面6斜向滑移(增力齿槽由图1c位置移动到图2c的位置)，该过程中凹圆弧斜面产生沿壳体径向的增力作用，并由小逐渐增强，有助于平稳卡压并避免卡顿，此过程实现了压力环的周向旋转力转化为基体的径向压缩力的第二级增力作用。

水下连接的密封锚定过程：基体的增力齿因受到来自增力齿槽的径向压迫，使基体整体发生径向收缩，因此基体内表面的密封环8嵌入到被连接管道表面内(如图2e所示)，同时支撑环7也与管道表面紧密贴合(如图2d所示)。密封环的嵌入实现了对被连接管道的密封和轴向锚定作用。支撑环与密封环共同支撑管道，防止管道相对连接器发生扭摆，导致密封环处的密封及锚定失效。

连接结束时的操作：移除连接工具，并旋紧全部锁紧螺栓至压力环的锁紧盲孔19内，防止使用过程中压力环意外移转。此时连接即完成，连接器状态如图2b和图4所示。