一種海底管道連接作業管段軸向對中裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術提供了一種海底管道連接作業管段軸向對中裝置，應用于管段連接時的水下對中。該管段軸向對中裝置采用全對稱構造，并依據海管卡緊器的快速卡緊、管段對中器的對中定位、管段支撐器的軸向支撐、升降限位器的雙向限位及液缸頂升器和液缸周推器提供的推進動力，實現海底管道管段間的軸向對中；海管卡緊器采用臥式殼體并依靠液缸周推器完成前卡體和后卡體與海底管道間的水下快速卡緊，管段對中器依據對中基體的基準定位作用并結合對中筒和支撐筒間的移動副完成兩管段的水下對中定位，管段支撐器依據液缸頂升器并結合支撐筒提供的升降滑道完成兩管段的水下支撐，升降限位器依據上下兩層限位銷實現管段支撐器軸向支撐中的雙向限位。

Axial alignment device for pipe connection operation of submarine pipeline

The invention provides an axial alignment device for submarine pipeline connecting operation pipeline segment, which is applied to underwater alignment when pipeline segment is connected. The axial alignment device of the pipeline segment adopts a fully symmetrical structure, and realizes the axial alignment between the pipeline segments according to the fast clamping of the pipeline segment, the alignment of the pipeline segment alignment device, the axial support of the pipeline segment support, the bi-directional limit of the lift limiter and the propulsion power provided by the hydraulic jack and the hydraulic cylinder circumferential thruster. The pipe clamp adopts horizontal shell and relies on hydraulic cylinder circumferential thruster to complete underwater fast clamping between the front and rear clamps and submarine pipelines. The pipe segment alignment device accomplishes underwater alignment of the two pipe segments according to the reference positioning function of the center substrate and the moving pair between the center cylinder and the support cylinder. The pipe segment support device accomplishes underwater alignment of the two pipe segments according to the hydraulic cylinder jack-up device. Combined with the lifting slide provided by the support cylinder to complete the underwater support of the two sections, the lifting limiter realizes the bi-directional limit in the axial support of the segment support according to the upper and lower limit pins.

【技術實現步驟摘要】
一種海底管道連接作業管段軸向對中裝置
本專利技術涉及一種海洋工程領域連接海底管道時用的對中裝置，特別是涉及一種海底管道水下連接作業中的管段軸向對中裝置。
技術介紹
深水油氣田的水下連接技術中使用ROV(RemotelyOperatedVehicle)，并需要研發專門的水下連接器，水下連接器通常既能用于垂直連接，也可以用作水平連接，所不同的是連接作業過程中所使用的施工作業機具和難易程度以及作業成本。深水油氣田開發中，垂直連接技術和水平連接技術的施工作業過程最大區別在于對中裝置及其對中方法，垂直連接作業的對中包括粗對中和精對中兩種。其中，粗對中的方法為，施工作業機具的上方設有對中喇叭口，且對中喇叭口內布置圓環，連接作業中將圓環套入施工作業機具下轂座的對中機構。精對中的方法為，施工作業機具的上轂座和下轂座依據止口結構的配合而保持同軸心的狀態，并通過密封圈實現連接部位的密封。水平連接作業的導向對中包括ROVCON對中技術、STABCON對中技術和UCON對中技術，ROVCON對中技術采用部分吊繩作為導向繩進行對中，導向繩的一端懸掛于施工作業機具轂座的兩側，而導向繩的另一端則利用ROV逐步收緊，從而使水下連接器接近轂座并實現對中。STABCON對中技術是設計專門的導向錐筒作為垂直導向機構，水下連接器首先依據導向錐筒完成垂直導向并對接至施工作業機具轂座的垂直接收器上，而后依靠ROV完成水下連接器的水平推進，而最終達到對中的目的。UCON對中技術由FMC公司設計，它與STABCON對中技術類似，設計專門的導引槽而使水下連接器完成垂直導向，并對接至施工作業機具轂座的定位器上，而后依靠液壓缸完成水下連接器的水平推進并對中。目前，國外已有多家公司具備了水下連接器的設計和制造技術，而且產品呈現多樣化。由于我國深水油氣的開發起步較晚，水下連接海底管道技術及其對中裝置尚處于研發階段，還不具備獨自完成深海作業的能力。
技術實現思路
為了有效解決海底管道的水下快速連接問題并克服國內現有海底管道水下對中技術及其作業方案存在的缺陷和不足，本專利技術的目的是提供一種海底管道水下連接作業時用的管段軸向對中裝置。該管段軸向對中裝置采用全對稱構造，并依據海管卡緊器的快速卡緊、管段對中器的對中定位、管段支撐器的軸向支撐、升降限位器的雙向限位以及液缸頂升器和液缸周推器提供的推進動力，實現海底管道兩管段之間的軸向對中。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是提供一種海底管道連接作業管段軸向對中裝置，該管段軸向對中裝置主要由海管卡緊器、管段對中器、管段支撐器、升降限位器、液缸頂升器和液缸周推器組成。該管段軸向對中裝置整體設計為左右全對稱構造，其海管卡緊器、管段對中器、管段支撐器和升降限位器的主體部件材質均選用超級雙向不銹鋼，海管卡緊器、管段支撐器、升降限位器、液缸頂升器和液缸周推器均采用分體式結構并沿軸向依次對稱布置于管段對中器的兩側，而管段對中器則采用單體式結構，海管卡緊器和管段支撐器依次放置于管段對中器的上方和下方，升降限位器則置入管段對中器的對中筒內。海管卡緊器采用截面呈R形的臥式殼體，并依據液缸周推器提供的推進動力完成前卡體和后卡體與海底管道間的水下快速卡緊，它包括前卡體、后卡體、卡緊支托、加強座、卡鎖塊和卡鎖體。前卡體和后卡體分別套于海底管道的前部和后部，前卡體采用半剖式筒體，而后卡體則采用半剖式筒體和矩形鋼板相結合的構造，后卡體矩形鋼板的下端依次設置矩形連接板和L形角槽，且前卡體和后卡體的半剖式筒體對稱布置并整合成一個完整的厚壁筒體。前卡體和后卡體的頂部設置對稱分布的兩組卡緊銷套，前卡體的每組卡緊銷套沿軸向等間距排列兩個分卡緊銷套，而后卡體的每組卡緊銷套沿軸向等間距排列三個分卡緊銷套，且前卡體和后卡體的分卡緊銷套之間交錯布置并配置卡緊銷軸，從而將前卡體和后卡體鉸接在一起。前卡體和后卡體半剖式筒體的上部和下部設置對稱分布的兩組圓臺，前卡體和后卡體半剖式筒體上部的每組圓臺沿軸向等間距排列三個錐形圓臺，前卡體半剖式筒體下部的每組圓臺沿軸向等間距排列兩個錐形圓臺，而后卡體半剖式筒體下部的每組圓臺沿軸向等間距排列兩個柱狀圓臺，每個錐形圓臺和柱狀圓臺的中央部位設有長孔眼并配置卡緊螺柱，從而實現前卡體和后卡體與海底管道之間的連接。后卡體與加強座的結合部位自上而下依次設有卡緊圓孔和條形卡槽，后卡體卡緊圓孔的位置和規格與后卡體的柱狀圓臺相同，同時后卡體的條形卡槽實現加強座的定位。前卡體半剖式筒體的下部設有沿軸向對稱布置的兩個卡鎖塊，卡鎖塊由方形鋼塊加工而成，卡鎖塊的中央部位鉆有變截面的圓形鎖道，同時每個卡鎖塊的圓形鎖道內均配有一個卡鎖體，圓形鎖道的環腔內壁進行精細加工，且圓形鎖道的兩側通過螺紋連接而分別嵌入卡鎖體的卡鎖板。后卡體半剖式筒體的下部設有與卡鎖塊相配合的U形鎖槽，后卡體U形鎖槽的兩側鎖槽面上銑有楔形坡口，同時U形鎖槽的中央部位鉆有等截面的圓形鎖孔。卡鎖體實現前卡體和后卡體的水下快速鎖緊，它由對稱布置的兩個卡鎖芯和卡鎖板以及一個卡鎖簧組成。卡鎖板的中央部位鉆有圓形鎖眼，卡鎖芯采用階梯軸結構，其材質選用35CrMo，它包含卡鎖銷和卡鎖肩兩部分，卡鎖芯中的卡鎖銷分別與后卡體U形鎖槽的圓形鎖孔和卡鎖板的圓形鎖眼之間精密配合而構成移動副，同時卡鎖銷的端面上銑有與后卡體U形鎖槽相對應的楔形坡口。卡鎖芯中的卡鎖肩與卡鎖塊的圓形鎖道之間精密配合而構成移動副，同時卡鎖肩內側的截面變化處形成軸肩并定位貫穿其內的卡鎖簧，由此依據卡鎖簧的伸縮運動實現卡鎖體的自動鎖緊功能。加強座由矩形鋼板加工而成，其下端依次設有與后卡體相匹配的矩形連接板和L形角槽，且加強座和后卡體的L形角槽對稱布置而形成U形溝槽，加強座和后卡體的矩形連接板均設有等間距排列的圓形孔眼并配置對中螺柱，從而實現海管卡緊器與管段對中器之間的連接。加強座與后卡體的結合部位自上而下依次設有卡緊螺孔和條形卡塊，加強座的條形卡塊與后卡體的條形卡槽相配合，加強座的卡緊螺孔與后卡體卡緊圓孔的位置相同并配置加強螺柱，從而實現加強座與后卡體之間的連接。卡緊支托分為三組并沿軸向等間距排列于前卡體和后卡體的頂部，且三組卡緊支托與兩組卡緊銷套之間交錯布置，海管卡緊器兩側卡緊支托的端面分別與前卡體和后卡體以及加強座的兩側端面保持平齊。每組卡緊支托設有兩個結構和規格相同的分卡緊支托，每個分卡緊支托由方形鋼塊和梯形鋼塊組合而成，且分卡緊支托的方形鋼塊沿垂向布置，同時分卡緊支托的梯形鋼塊傾斜放置并采用圓周焊的方式分別固定于前卡體和后卡體的上部，由此每組卡緊支托沿軸向呈扁U形。此外，分卡緊支托的方形鋼塊頂部設有矩形凹槽并配置周推銷軸，從而實現卡緊支托與液缸周推器液壓缸之間的鉸接。管段對中器依據對中基體的基準定位作用并結合對中筒和支撐筒間的移動副實現海底管道兩管段的水下對中定位，它包括對中基體、對中筒和對中支托。對中基體采用臥式條形鋼板，并依據水平基準面和柱形基準臺實現基準定位作用，對中基體的上端面設置為水平基準面，并分別配置對稱分布的后卡體和加強座，從而保證管段對中器上方的兩套海管卡緊器處于同軸心對中狀態。對中基體的前后兩側端面上鉆有與加強座和后卡體的矩形連接板相配合的圓形孔眼，且對中基體的兩側面分別與加強座和后卡體的矩形連接板側端面保持平齊本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種海底管道連接作業管段軸向對中裝置，海管卡緊器、管段支撐器、升降限位器、液缸頂升器和液缸周推器沿軸向依次對稱布置于管段對中器的兩側，海管卡緊器和管段支撐器依次放置于管段對中器的上方和下方，升降限位器則置入管段對中器的對中筒內，該管段軸向對中裝置采用全對稱構造，并依據海管卡緊器的快速卡緊、管段對中器的對中定位、管段支撐器的軸向支撐、升降限位器的雙向限位以及液缸頂升器和液缸周推器提供的推進動力，完成海底管道兩管段之間的軸向對中，其特征在于：一海管卡緊器；所述海管卡緊器采用截面呈R形的臥式殼體，前卡體采用半剖式筒體，而后卡體采用半剖式筒體和矩形鋼板相結合的構造，前卡體和后卡體的頂部設置對稱分布的兩組卡緊銷套，前卡體和后卡體半剖式筒體的上部和下部設置對稱分布的兩組圓臺，后卡體與加強座的結合部位自上而下依次設有卡緊圓孔和條形卡槽；前卡體半剖式筒體的下部設有沿軸向對稱布置的兩個卡鎖塊，每個卡鎖塊的圓形鎖道內均配有一個卡鎖體，后卡體半剖式筒體的下部設有與卡鎖塊相配合的U形鎖槽；卡鎖體中卡鎖板的中央部位鉆有圓形鎖眼，卡鎖體的卡鎖芯采用階梯軸，卡鎖芯中卡鎖銷的端面上銑有與U形鎖槽相對應的楔形坡口，卡鎖芯中卡鎖肩內側的截面變化處形成軸肩并定位貫穿其內的卡鎖簧；加強座的下端依次設有與后卡體相匹配的矩形連接板和L形角槽，加強座與后卡體的結合部位自上而下依次設有卡緊螺孔和條形卡塊，卡緊支托分為三組并沿軸向等間距排列于前卡體和后卡體的頂部；一管段對中器；所述管段對中器的對中基體采用臥式條形鋼板，并依據水平基準面和柱形基準臺實現基準定位作用，對中基體的上端面設置為水平基準面，并分別配置對稱分布的后卡體和加強座，對中基體的下端面沿長度方向設有對稱布置的兩個柱形基準臺，且柱形基準臺上各配置一個對中筒；對中筒采用立式厚壁筒體并與管段支撐器的支撐筒相配合，其筒壁下部設有上下兩層對中孔，對中支托沿周向均布于對中基體柱形基準臺的外環面上；一管段支撐器；所述管段支撐器的防沉板采用柱形鋼板，其上端面設有與對中基體的柱形基準臺相同規格的圓柱形凸臺，圓柱形凸臺上各配置一個支撐筒，支撐筒采用立式厚壁筒體，其筒壁的上部和下部各設有一層限位孔，支撐筒的環腔內壁位于上下兩層限位孔之間的部位銑有拱形溝槽，從而為升降限位器提供沿軸向雙向運動的升降滑道；支撐支托沿周向均布于防沉板圓柱形凸臺的外環面，每對支撐支托和對中支托配置一套液缸頂升器的液壓缸；一升降限位器；所述升降限位器的限位本體采用變截面的環體，限位本體環肩上部的環體設有上下兩層升降孔，限位本體升降孔的孔底部設置變截面凸臺；限位銷采用階梯軸，其外側端面采用圓拱面，限位銷圓拱面的一側端銑有與支撐筒限位孔相對應的拱形坡口，限位銷的內側端設置與限位本體升降孔相對應的變截面凸臺；依據限位彈簧的伸縮運動，當上層限位銷插入支撐筒的上層限位孔時，液缸頂升器達到最大升程，而當下層限位銷插入支撐筒的下層限位孔時，液缸頂升器達到最大降程，由此實現升降限位器的自動雙向限位功能；一液缸頂升器和液缸周推器；所述液缸頂升器通過對中支托與支撐支托實現管段對中器和管段支撐器之間的連接，它采用沿支撐筒周向均布的四個獨立液壓缸，各液壓缸沿垂向放置；液缸周推器通過卡緊支托實現前卡體和后卡體之間的張開與合攏，它采用沿前卡體和后卡體軸向等間距排列的三個獨立液壓缸，且各液壓缸沿水平方向布置。...

【技術特征摘要】
1.一種海底管道連接作業管段軸向對中裝置，海管卡緊器、管段支撐器、升降限位器、液缸頂升器和液缸周推器沿軸向依次對稱布置于管段對中器的兩側，海管卡緊器和管段支撐器依次放置于管段對中器的上方和下方，升降限位器則置入管段對中器的對中筒內，該管段軸向對中裝置采用全對稱構造，并依據海管卡緊器的快速卡緊、管段對中器的對中定位、管段支撐器的軸向支撐、升降限位器的雙向限位以及液缸頂升器和液缸周推器提供的推進動力，完成海底管道兩管段之間的軸向對中，其特征在于：一海管卡緊器；所述海管卡緊器采用截面呈R形的臥式殼體，前卡體采用半剖式筒體，而后卡體采用半剖式筒體和矩形鋼板相結合的構造，前卡體和后卡體的頂部設置對稱分布的兩組卡緊銷套，前卡體和后卡體半剖式筒體的上部和下部設置對稱分布的兩組圓臺，后卡體與加強座的結合部位自上而下依次設有卡緊圓孔和條形卡槽；前卡體半剖式筒體的下部設有沿軸向對稱布置的兩個卡鎖塊，每個卡鎖塊的圓形鎖道內均配有一個卡鎖體，后卡體半剖式筒體的下部設有與卡鎖塊相配合的U形鎖槽；卡鎖體中卡鎖板的中央部位鉆有圓形鎖眼，卡鎖體的卡鎖芯采用階梯軸，卡鎖芯中卡鎖銷的端面上銑有與U形鎖槽相對應的楔形坡口，卡鎖芯中卡鎖肩內側的截面變化處形成軸肩并定位貫穿其內的卡鎖簧；加強座的下端依次設有與后卡體相匹配的矩形連接板和L形角槽，加強座與后卡體的結合部位自上而下依次設有卡緊螺孔和條形卡塊，卡緊支托分為三組并沿軸向等間距排列于前卡體和后卡體的頂部；一管段對中器；所述管段對中器的對中基體采用臥式條形鋼板，并依據水平基準面和柱形基準臺實現基準定位作用，對中基體的上端面設置為水平基準面，并分別配置對稱分布的后卡體和加強座，對中基體的下端面沿長度方向設有對稱布置的兩個柱形基準臺，且柱形基準臺上各配置一個對中筒；對中筒采用立式厚壁筒體并與管段支撐器的支撐筒相配合，其筒壁下部設有上下兩層對中孔，對中支托沿周向均布于對中基體柱形基準臺的外環面上；一管段支撐器；所述管段支撐器的防沉板采用柱形鋼板，其上端面設有與對中基體的柱形基準臺相同規格的圓柱形凸臺，圓柱形凸臺上各配置一個支撐筒，支撐筒采用立式厚壁筒體，其筒壁的上部和下部各設有一層限位孔，支撐筒的環腔內壁位于上下兩層限位孔之間的部位銑有拱形溝槽，從而為升降限位器提供沿軸向雙向運動的升降滑道；支撐支托沿周向均布于防沉板圓柱形凸臺的外環面，每對支撐支托和對中支托配置一套液缸頂升器的液壓缸；一升降限位器；所述升降限位器的限位本體采用變截面的環體，限位本體環肩上部的環體設有上下兩層升降孔，限位本體升降孔的孔底部設置變截面凸臺；限位銷采用階梯軸，其外側端面采用圓拱面，限位銷圓拱面的一側端銑有與支撐筒限位孔相對應的拱形坡口，限位銷的內側端設置與限位本體升降孔相對應的變截面凸臺；依據限位彈簧的伸縮運動，當上層限位銷插入支撐筒的上層限位孔時，液缸頂升器達到最大升程，而當下層限位銷插入支撐筒的下層限位孔時，液缸頂升器達到最大降程，由此實現升降限位器的自動雙向限位功能；一液缸頂升器和液缸周推器；所述液缸頂升器通過對中支托與支撐支托實現管段對中器和管段支撐器之間的連接，它采用沿支撐筒周向均布的四個獨立液壓缸，各液壓缸沿垂向放置；液缸周推器通過卡緊支托實現前卡體和后卡體之間的張開與合攏，它采用沿前卡體和后卡體軸向等間距排列的三個獨立液壓缸，且各液壓缸沿水平方向布置。2.根據權利要求1所述的海底管道連接作業管段軸向對中裝置，其特征在于：所述海底管道連接作業管段軸向對中裝置的海管卡緊器、管段支撐器、升降限位器、液缸頂升器和液缸周推器均采用分體式結構，而管段對中器則采用單體式結構；所述海底管道連接作業管段軸向對中裝置包含兩套獨立的液缸式推進系統，即液缸頂升器和液缸周推器，液缸頂升器完成管段支撐器軸向支撐過程中的升降推進，液缸周推器完成海管卡緊器水下快速卡緊過程中的水平推進；所有獨立液壓缸的液壓油均通過多路換向閥統一分配以實現液缸頂升器的自動同步升降推進和液缸周推器的自動同步水平推進功能。3.根據權利要求1所述的海底管道連接作業管段軸向對中裝置，其特征在于：所述海管卡緊器的前卡體和后卡體分別套于海底管道的前部和后部，后卡體矩形鋼板的下端依次設置矩形連接板和L形角槽，且前卡體和后卡體的半剖式筒體對稱布置并整合成一個完整的厚壁筒體；前卡體的每組卡緊銷套沿軸向等間距排列兩個分卡緊銷套，而后卡體的每組卡緊銷套沿軸向等間距排列三個分卡緊銷套；前卡體和后卡體半剖式筒體上部的每組圓臺沿軸向等...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉春花，劉新福，周超，吳建軍，尚超，許晨，
申請(專利權)人：中國石油大學華東，
類型：發明
國別省市：山東,37