一种管道注水阀及应用其的海底输送管道的制作方法

本发明属于石油化工输送设备、深水设备技术领域，具体涉及一种管道注水阀及应用其的海底输送管道。

背景技术：

深海输油管道在铺设完成之前，管道内是没有油气压力的，因此一般深海输送管道均是由内管和外管构成，内管起到输送油气的作用，外管用以保护内管，防止在铺设完成前外部海水的静水压力太大而导致管道屈曲破坏，造成经济的重大损失。

常规的深海输送管道是在内外管之前提前充注好液体，然后将管道整体运送至海域铺设安装，但是该种方式一方面是内管和外管之间的环形空间内一般注入流体以产生一定静压力，其需要消耗大量流体造成水资源的浪费，其次是灌注液体后使得管道整体重量增大很多，现有技术中常规管道铺设船只无法胜任工作而不得不对作业船只进行改装，增大了生产成本。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种管道注水阀及应用其的海底输送管道，其在安装的沉入海底过程中直接采用海水进行充注，减少了运输、装吊过程中的总重量，同时减少了生产过程中直接充注液体导致的工序和成本增加。

本发明采用的技术方案如下：一种海底输送管道，包括外管和内管，沿内外管的长度方向上间隔设置止屈结构，所述外管上开设有多个安装孔，所述安装孔内固定安装有管道注水阀，所述管道注水阀用于向内管和外管之间的环形空间内注入液体，并在外部环境压力大于设计压力时控制管道注水阀停止注水，且封闭外管的进水口。

所述管道注水阀包括阀壳、阀盖、阀芯、弹簧和空心橡胶球，所述阀壳整体为空心筒体结构，阀壳上端由阀盖封闭，所述阀盖上设置有中心通孔，所述阀壳的外周面上一体式形成有法兰环，所述法兰环上圆周阵列多个螺栓孔，用于通过螺栓将阀壳与外管固定连接在一起，所述法兰环下侧的部分阀壳通过开设在外管上的安装孔伸入外管内部，且法兰环下侧的部分阀壳外周面开设有多个供流体通过的下通孔，法兰环上侧的部分阀壳外周面开设有多个供流体通过的上通孔，所述阀壳伸入外管内部的底面上还设置有底通孔，所述阀壳内部一体式形成有阀座，所述阀座限定供流体通过的阀口；所述阀芯位于阀壳内部，所述阀芯的上阀杆向上伸入阀盖的中心通孔内，并可沿所述中心通孔上下滑动，所述阀芯的下阀杆向下穿过阀口伸入法兰环下侧的部分阀壳内部空间，所述阀芯可与阀口配合控制阀口的开闭；所述空心橡胶球设置在底通孔内，其上部与阀芯的下阀杆底端相抵接，所述空心橡胶球最大直径大于所述底通孔的直径，即初始状态下，所述空心橡胶球位于下阀杆底端和底通孔之间，所述底通孔的直径尺寸限制其脱离阀壳，所述空心橡胶球限位下阀杆使得阀芯无法封堵所述阀口；所述阀芯的上阀杆上套设有弹簧，所述弹簧抵接于阀盖下端面和阀芯密封阀口的密封体上端面之间，用于提供将阀芯封堵阀口的运动趋势。

所述管道注水阀固定安装在所述外管的安装孔内，作为另一实施例，所述阀壳外周面设置有外螺纹，所述安装孔内周面设置有内螺纹，阀壳与安装孔通过螺纹配合固定安装在一起，从而将管道注水阀固定安装在外管上。

作为管道注水阀的另一实施例，所述管道注水阀包括阀壳、阀盖、阀芯、弹簧和空心橡胶球；所述阀壳整体为空心筒体结构，阀壳上端一体式形成有阀座，所述阀座限定供流体通过的阀口，所述阀壳外周面上还设置有多个供流体通过的通孔，所述阀壳底面上设置有底通孔；所述阀芯包括密封体和下阀杆，所述下阀杆穿过阀口伸入阀壳内部，所述密封体一体式形成在下阀杆上部，其与阀口配合实现阀口的启闭；所述下阀杆上设置还有环形凸起，所述弹簧限定在阀壳的阀座下底面和所述环形凸起之间，提供将阀芯封闭在阀口上的运动趋势，所述阀芯的下阀杆底端抵接在空心橡胶球上，所述空心橡胶球设置在底通孔内，其上部与阀芯的下阀杆底端相抵接，所述空心橡胶球最大直径大于所述底通孔的直径，即初始状态下，所述空心橡胶球位于下阀杆底端和底通孔之间，所述底通孔的直径尺寸限制其脱离阀壳，所述空心橡胶球限位下阀杆使得阀芯无法封堵所述阀口。

本发明管道注水阀的工作原理介绍如下：在铺设过程中，初始状态下空心橡胶球卡位于底通孔和阀芯的下阀杆底端之间，其克服弹簧的弹力，将阀芯的初始位置限定为使得管道注水阀的阀口处于打开状态，当管道开始沉入海底时，海水通过阀口灌注进外管与内管之间的环状空间内，当管道继续下沉时，海水静水压力不断增大，空心橡胶球在海水静水压力受压体积缩小，当空心橡胶球的最大直径缩小到小于底通孔的直径时，空心橡胶球从底通孔漏出阀壳空间，对阀芯的位置锁定作用消失，阀芯在弹簧作用下封堵所述阀口，停止海水充注。

通过改变空心橡胶球的体积缩小至设定值的设计压力可以改变管道封闭时的海水深度，以满足不同海域深度的不同压力要求。

本发明的优点在于：

1、管道注水阀在注水完成后封闭阀口，由于管道铺设深度往往大于管道注水阀关闭时的深度，阀芯在外部静水压力和弹簧双重作用下关闭阀口后不会再以外开启，保证了内外管之间环状空间内的压力稳定；

2、双层输送管道在安装前总重量远轻于常规的提前充注液体的双层管道，因此现有服役的管道铺设船只不需要进行改装或新增；从生产至安装铺设的运输过程中总重量下降；不需要消耗生产地的水资源，生产成本因此下降很多；

3、管道注水阀可在管道铺设前通过螺栓或螺纹旋拧安装到外管上，运输及安装方便，避免了管道外设结构对运输过程的干扰。

附图说明

图1是本发明输送管道的整体结构示意图；

图2是本发明管道注水阀的立体结构示意图；

图3是本发明管道注水阀的剖面图；

图4是本发明管道注水阀的阀芯结构示意图；

图5是本发明管道注水阀阀壳结构示意图；

图6是本发明管道注水阀另一实施例剖面图；

图中：1、外管，2、内管，3、管道注水阀，4、阀壳，5、阀座，6、法兰环，7、上通孔，8、下通孔，9、阀盖，10、阀芯，11、底通孔，12、空心橡胶球，13、弹簧。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方法，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

参阅附图，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的位置限定用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

图1是本发明的输送管道的整体结构示意图，如图所示，本发明海底输送管道由内管2和外管1组成，且沿内外管的长度方向上间隔设置有止屈结构，其特征在于，所述外管1上安装有管道注水阀3，所述管道注水阀3用于向内管2和外管1之间的环形空间内注入液体，并在外部压力大于设计压力时控制管道注水阀3停止注水，且封闭外管1的进水口。

图2是本发明管道注水阀的立体结构示意图，图3是本发明管道注水阀的剖面图，如图所示，本发明的管道注水阀包括阀壳4、阀盖9、阀芯10、弹簧13和空心橡胶球12，所述阀壳4结构如图5所示，图5是本发明管道注水阀阀壳结构示意图，阀壳4整体为空心筒体结构，阀壳4上端由阀盖9封闭，所述阀盖9上设置有中心通孔，所述阀壳4的外周面上一体式形成有法兰环6，所述法兰环6上圆周阵列多个螺栓孔，用于通过螺栓将阀壳4与外管1固定连接在一起，所述法兰环6下侧的部分阀壳4通过开设在外管1上的安装孔伸入外管1内部，且法兰环6下侧的部分阀壳4外周面开设有多个供流体通过的下通孔8，法兰环6上侧的部分阀壳4外周面开设有多个供流体通过的上通孔7，所述阀壳4伸入外管1内部的底面上还设置有底通孔11，所述阀壳4内部一体式形成有阀座5，所述阀座5限定供流体通过的阀口；所述阀芯10位于阀壳4内部，所述阀芯10的上阀杆向上伸入阀盖9的中心通孔内，并可沿所述中心通孔上下滑动，所述阀芯10的下阀杆向下穿过阀口伸入法兰环6下侧的部分阀壳4内部空间，所述阀芯10可与阀口配合控制阀口的开闭；所述空心橡胶球12设置在底通孔11内，其上部与阀芯10的下阀杆底端相抵接，所述空心橡胶球12最大直径大于所述底通孔11的直径，即初始状态下，所述空心橡胶球12位于下阀杆底端和底通孔11之间，所述底通孔11的直径尺寸限制其脱离阀壳4；所述阀芯10的上阀杆上套设有弹簧13，所述弹簧13抵接于阀盖9下端面和阀芯密封阀口的密封体上端面之间，用于提供将阀芯10封堵阀口的运动趋势。

如图4所示，是本发明管道注水阀的阀芯结构示意图，其主体为封堵阀口的密封体部分，所述密封体的上端面连接有上阀杆、所述密封体的下端面连接有下阀杆，所述密封体外周面为锥形面，其与锥形阀口配合实现阀口的关闭。

图6是本发明管道注水阀另一实施例剖面图，如图所示，所述阀壳4的法兰环上侧的阀壳部分予以省略，所述阀芯10的下阀杆上设置有环形凸起，弹簧13限定在阀壳4的阀座5下底面和所述环形凸起之间，提供将阀芯10封闭在阀口上的运动趋势，所述阀芯10的下阀杆底端抵接在空心橡胶球12上，所述空心橡胶球12最大直径大于所述底通孔11的直径，即初始状态下，所述空心橡胶球12位于下阀杆底端和底通孔11之间，所述底通孔11的直径尺寸限制其脱离阀壳4。

作为另一实施例，外管1的安装孔处设置内螺纹，所述阀壳4的外周面设置外螺纹，通过螺纹配合将阀壳4旋拧入外管1的安装孔内，实现管道注水阀3的安装。

下面结合附图1-6对本发明的输送管道工作过程介绍如下：

管道运输至目的地或作业船只后，将管道注水阀3通过螺栓或螺纹旋拧安装到外管1上；在铺设过程中，初始状态下空心橡胶球12卡位于底通孔11和阀芯10的下阀杆底端之间，其克服弹簧13的弹力，将阀芯10的初始位置限定为使得管道注水阀3的阀口处于打开状态，当管道开始沉入海底时，海水通过阀口灌注进外管1与内管2之间的环状空间内，当管道继续下沉时，海水静水压力不断增大，空心橡胶球12在海水静水压力受压体积缩小，当空心橡胶球12的最大直径缩小到小于底通孔11的直径时，空心橡胶球12从底通孔11漏出阀壳4空间，对阀芯10的位置锁定作用消失，阀芯10在弹簧13作用下封堵所述阀口，停止海水充注。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可作出的各种等效结构或等效流程的修改或变形，或直接或间接运用到其他相关的技术领域，仍在本发明的保护范围以内。