可调偏式海底管道快速修复连接装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种可调偏式海底管道快速修复连接装置，应用于水下更换海底管道的修复连接作业。该连接装置采用金属和非金属等多种密封技术有机结合，保证连接装置与管道间的密封；调偏器依据调偏体和调偏座的球面配合及各球形垫片的共同作用实现海底管道的偏心调节，并采用○型密封圈密封和金属环密封实现连接装置与新更换管道间的密封；推进体轴向推进并挤压主密封器的各金属圈和金属环，实现连接装置与切割管道预制环面及推进体与主密封器间的密封；定位器依据锁紧机构完成连接装置的自动定位，辅密封盒采用填料密封和○型密封圈密封实现连接装置与切割管道原环面间的固定与密封，由此使得该连接装置具备修复时间短、作业强度低等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种海洋工程领域海底管道发生泄漏或损伤时用的快速修复连接装置，特别是涉及一种水下更换海底管道时存在偏心的可调偏式快速修复连接装置。
技术介绍
海底管道在海洋工程领域的油气生产中发挥着重要作用，它将海上平台与平台、海上平台与陆地终端以及海上平台与FPSO(浮式生产储油卸货装置)等联接成一个有机整体，担负着油气井采出液、合格原油、伴生气等油气介质外输，化学药剂输送以及注水等重要生产任务。海底管道由于其海底工况运行环境的特殊性，存在风险大、失效概率高等实际情况，一旦发生泄漏，不仅造成海洋环境污染、油气资源浪费和油田生产中断，而且会对其下游及终端用户的正常生产和生活造成不利影响。针对具体的海底管道损伤形式，目前可采取管卡堵漏、复合材料补强和水下管段更换三种主要手段，管卡堵漏修复技术采用机械式封堵，其优点在于实施简单、作业周期短，可用于腐蚀、母材缺陷、裂纹等原因引起的管道泄漏，但一旦海底管道出现严重破损或有较大变形，该技术就难以实现有效的封堵修复。复合材料补强修复技术，如注环氧树脂等材料，该修复技术易对海底管道的管体产生冲击破坏，且注剂设备本身复杂庞大，现场材料制作和水下操作工艺复杂，不利于海底管道的快速修复。水下管段更换修复技术其特点是适用范围广，可完成腐蚀或断裂等各种形式的海底管道破损修复，但缺点是修复用机械连接器这一关键备件的生产技术一直掌握在国外专业公司手中，国内还没有形成相应的研发与生产技术能力，其国外订货周期教长。
技术实现思路
为了有效解决海底管道的快速修复问题并克服现有修复技术与装备存在的缺陷和不足，本专利技术的目的是提供一种适合海底管道发生泄漏或损伤时水下更换管段用的快速修复连接装置。该快速修复连接装置采用金属和非金属等多种密封技术有机结合，保证连接装置与管道间的固定与密封，并依据球面可调偏式的特殊构造和定位器的锁紧机构，实现修复作业中海底管道间的偏心调节和连接装置的自动定位，具备操作简单、修复时间短、作业强度低等特点。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种可调偏式海底管道快速修复连接装置，从上而下依次由调偏器、推进体、主密封器、定位器和辅密封盒组成。调偏器与新更换的海底管道进行联接，而主密封器、定位器和辅密封盒与切割后的管端进行固定，修复作业中，该快速修复连接装置首先通过调偏器的调偏体与新更换的海底管道焊接预制在一起，然后实施吊装下水并与切割后的海底管道管端进行水下对接；接着通过调偏器调偏体和调偏座间的球面配合和各球形垫片的共同作用，完成新更换管道与切割管道间的偏心调节，并快速旋紧各调偏螺栓，依靠调偏体所传递的夹紧压力，上○型密封圈和上六边形金属环产生变形并形成○型密封圈密封和金属环密封；然后沿管道轴向移动整个快速修复连接装置，待定位器锁紧机构中的锁销滑入切割管道预制的环形沟槽后完成连接装置在切割管道上的定位；接着旋紧定位器的各夹紧螺柱，依靠定位本体所传递的推力，梯形金属圈轴向移动并逐步与切割管道预制环面贴合后产生变形，形成梯形金属圈密封；再接着旋紧推进体上的各推进螺柱，依次挤压矩形金属圈、锥形金属圈和下六边形金属环并产生变形，而形成金属圈密封及金属环密封；最后旋紧辅密封盒的各调节螺柱，通过压套挤压盘根并产生变形，而形成填料密封，最终实现新更换管道与切割管道间的连接。该快速修复连接装置整体设计为厚壁筒形回转体构造，其主要部件的材质均与新更换管道和切割管道的材质保持一致，同时它采用金属圈和金属环等金属密封与○型密封圈密封和填料密封等非金属密封的多种密封技术有机结合，以取长补短而达到最佳的密封效果。其中，金属圈密封技术包括矩形金属圈、锥形金属圈和梯形金属圈，矩形金属圈、锥形金属圈和梯形金属圈由上而下依次同轴心布置于切割管道预制环面上且其内表面直径均大于切割管道预制环面的直径，各金属圈内部设置有均匀分布的金属丝且其外部包裹有金属箔片，各金属圈本体的材质均采用强度高和耐温性能强的金属，金属丝的材质均选用蒙乃尔合金，而金属箔片的材质则均与海底管道的材质相同。金属环密封技术包括上六边形金属环和下六边形金属环，上六边形金属环含两个上下平行布置的六边形金属环，而下六边形金属环仅有一个并与各上六边形金属环同轴心放置，各金属环的截面均呈长六边形，下六边形金属环长形截面的中心线与海底管道的轴线相平行，而上六边形金属环各长形截面的中心线则均与海底管道的轴线交于同一点；各金属环采用粗金属环体，其金属环本体的材质均采用强度高和耐温性能强的金属，各金属环外部均包裹有金属箔片，金属箔片的材质均与海底管道的材质相同。○型密封圈密封技术包括上○型密封圈和下○型密封圈，各○型密封圈的材质均选用耐腐蚀耐高温胶料；填料密封技术的填料采用环形盘根，其截面为矩形，盘根由预浸聚四氟乙烯乳液的碳素纤维编织而成。调偏器依据调偏体和调偏座间的球面配合以及各球形垫片的共同作用实现海底管道间的偏心调节，并采用上○型密封圈和上六边形金属环以形成○型密封圈密封和金属环密封，实现连接装置与新更换管道间的密封，它包括调偏体、调偏座、上○型密封圈、上六边形金属环和球形垫片。调偏体通过焊接将快速修复连接装置与新更换管道预制在一起，它采用柱形筒体和球形筒体相结合的构造，调偏体上部柱形筒体的壁厚与新更换管道和切割管道的壁厚相同，而其下部球形筒体内球面和外球面的小端圆面直径分别与新更换管道和切割管道的内径和外径相等，同时调偏体球形筒体的内外球面同心且内外球面的球心均位于调偏器的轴线上，此外球形筒体的外球面进行防腐和喷漆处理。调偏座的本体内表面采用圆柱面且其本体的内表面直径等于新更换管道的内径，而其本体的外环面则采用圆球面，该圆球面与调偏体球形筒体的内球面均进行精密研磨处理，且两球面始终保持同心而构成球面配合，调偏体和调偏座间的球面结合带的轴向长度需大于调偏座圆球面高度的二分之一，以保证二者之间较高的密封性。调偏座的圆球面由上而下设有分层布置的环形沟槽，共三层，各层环形沟槽均沿调偏座的圆球面倾斜放置，且其中心线所在锥面的锥顶点均与调偏体内外球面和调偏座圆球面的球心保持同心，调偏座上面两层环形沟槽的截面相同且均采用矩形和等腰梯形相结合的形状，其内依次配置上六边形金属环，而调偏座最下层环形沟槽的截面采用矩形，其内配置上○型密封圈。调偏体和调偏座的下端均设置盘状法兰且其盘状法兰的四周加工有规格大小相同的调偏螺孔，调偏体调偏螺孔的下部和调偏座调偏螺孔的上部均设计有圆锥形的孔壁，各调偏螺栓均采用球形垫片，并分别置入调偏体调偏螺孔上部和调偏座调偏螺孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调偏式海底管道快速修复连接装置，从上而下依次由调偏器、推进体、主密封器、定位器和辅密封盒组成，其整体设计为厚壁筒形回转体构造，同时它采用金属圈和金属环等金属密封与○型密封圈密封和填料密封等非金属密封的多种密封技术有机结合，保证连接装置与管道间的固定与密封，并依据球面可调偏式的特殊构造和定位器的锁紧机构，实现修复作业中海底管道间的偏心调节和连接装置的自动定位，其特征在于：一调偏器；所述调偏器的调偏体采用柱形筒体和球形筒体相结合的构造，其球形筒体的内外球面同心且内外球面的球心均位于调偏器的轴线上；调偏座的本体外环面采用圆球面，该圆球面与调偏体球形筒体的内球面均进行精密研磨处理，且两球面始终保持同心而构成球面配合；调偏座的圆球面由上而下设有分层布置的环形沟槽，上面两层环形沟槽的截面相同且均采用矩形和等腰梯形相结合的形状，其内依次配置上六边形金属环，而调偏座最下层环形沟槽的截面采用矩形，其内配置上○型密封圈；各调偏螺栓均采用球形垫片，并分别置入调偏体调偏螺孔上部和调偏座调偏螺孔下部的凹槽内；一推进体；所述推进体的盘状法兰下端面设置环形沟槽，该环形沟槽的截面呈等腰梯形，推进体的内表面采用阶梯回转面结构，而其外环面的下部加工有分层布置的环形凹槽；推进体与主密封本体之间形成摩擦副，同时与主密封器推力环和切割管道之间形成移动副；一主密封器；所述主密封器的梯形金属圈的截面呈等腰梯形，矩形金属圈的截面呈矩形，而锥形金属圈的截面则呈直角梯形；主密封本体的上端面加工有与推进体盘状法兰相同规格大小的环形沟槽，该环形沟槽内配置下六边形金属环，主密封本体的中部设计有沿圆周方向均匀排列的注胶孔眼，主密封本体的内表面上细下粗，且其内表面的变截面处放置衬套；推力环和衬套均采用柱形筒体，推力环的截面呈类L的形状，而衬套的截面则呈楔形；推力环的外环面与主密封本体的内表面过渡配合以形成摩擦副，而其内表面的下部则与切割管道预制环面间隙配合以形成移动副；衬套筒体的中上部加工有与主密封本体注胶孔眼相同数量和规格大小的圆孔，锥形金属圈的圈体上割有与衬套圆孔相对应的矩形割缝，割缝内充满密封胶；衬套内表面的上部采用倒圆锥面，且其内表面的下部与切割管道预制环面间隙配合而形成移动副，同时衬套的下端面设计为圆锥面；一定位器；所述定位器的定位本体含上筒体和下筒体两部分，其中下筒体的四周设有分组排列的夹紧螺孔，定位本体的中部加工有沿圆周方向均匀布置的锁孔，锁孔内容纳有锁紧机构，锁孔与定位本体下筒体上的各组夹紧螺孔依次交错排列；锁紧机构的锁销和挡盖均采用阶梯轴，锁销的柱体环面与对应定位本体锁孔的孔壁间形成移动副，且锁销内侧柱体上加工有锲形坡口；一辅密封盒；所述辅密封盒的辅密封本体上部腔室加工有环形沟槽，该环形沟槽的截面采用矩形，其内配置下○型密封圈，而辅密封本体的下部腔室内填充盘根，且其下部腔室壁与压套的外环面间采用过渡配合而形成摩擦副。...

【技术特征摘要】
1.一种可调偏式海底管道快速修复连接装置，从上而下依次由调偏器、推进体、主密封
器、定位器和辅密封盒组成，其整体设计为厚壁筒形回转体构造，同时它采用金属圈和金属
环等金属密封与○型密封圈密封和填料密封等非金属密封的多种密封技术有机结合，保证连
接装置与管道间的固定与密封，并依据球面可调偏式的特殊构造和定位器的锁紧机构，实现
修复作业中海底管道间的偏心调节和连接装置的自动定位，其特征在于：
一调偏器；所述调偏器的调偏体采用柱形筒体和球形筒体相结合的构造，其球形筒体的
内外球面同心且内外球面的球心均位于调偏器的轴线上；调偏座的本体外环面采用圆球面，
该圆球面与调偏体球形筒体的内球面均进行精密研磨处理，且两球面始终保持同心而构成球
面配合；调偏座的圆球面由上而下设有分层布置的环形沟槽，上面两层环形沟槽的截面相同
且均采用矩形和等腰梯形相结合的形状，其内依次配置上六边形金属环，而调偏座最下层环
形沟槽的截面采用矩形，其内配置上○型密封圈；各调偏螺栓均采用球形垫片，并分别置入
调偏体调偏螺孔上部和调偏座调偏螺孔下部的凹槽内；
一推进体；所述推进体的盘状法兰下端面设置环形沟槽，该环形沟槽的截面呈等腰梯形，
推进体的内表面采用阶梯回转面结构，而其外环面的下部加工有分层布置的环形凹槽；推进
体与主密封本体之间形成摩擦副，同时与主密封器推力环和切割管道之间形成移动副；
一主密封器；所述主密封器的梯形金属圈的截面呈等腰梯形，矩形金属圈的截面呈矩形，
而锥形金属圈的截面则呈直角梯形；主密封本体的上端面加工有与推进体盘状法兰相同规格
大小的环形沟槽，该环形沟槽内配置下六边形金属环，主密封本体的中部设计有沿圆周方向
均匀排列的注胶孔眼，主密封本体的内表面上细下粗，且其内表面的变截面处放置衬套；推
力环和衬套均采用柱形筒体，推力环的截面呈类L的形状，而衬套的截面则呈楔形；推力环
的外环面与主密封本体的内表面过渡配合以形成摩擦副，而其内表面的下部则与切割管道预
制环面间隙配合以形成移动副；衬套筒体的中上部加工有与主密封本体注胶孔眼相同数量和
规格大小的圆孔，锥形金属圈的圈体上割有与衬套圆孔相对应的矩形割缝，割缝内充满密封
胶；衬套内表面的上部采用倒圆锥面，且其内表面的下部与切割管道预制环面间隙配合而形
成移动副，同时衬套的下端面设计为圆锥面；
一定位器；所述定位器的定位本体含上筒体和下筒体两部分，其中下筒体的四周设有分
组排列的夹紧螺孔，定位本体的中部加工有沿圆周方向均匀布置的锁孔，锁孔内容纳有锁紧
机构，锁孔与定位本体下筒体上的各组夹紧螺孔依次交错排列；锁紧机构的锁销和挡盖均采
用阶梯轴，锁销的柱体环面与对应定位本体锁孔的孔壁间形成移动副，且锁销内侧柱体上加
工有锲形坡口；
一辅密封盒；所述辅密封盒的辅密封本体上部腔室加工有环形沟槽，该环形沟槽的截面
采用矩形，其内配置下○型密封圈，而辅密封本体的下部腔室内填充盘根，且其下部腔室壁
与压套的外环面间采用过渡配合而形成摩擦副。
2.根据权利要求1所述的可调偏式海底管道快速修复连接装置，其特征在于：所述可调
偏式海底管道快速修复连接装置的金属圈密封技术包括矩形金属圈、锥形金属圈和梯形金属
圈，矩形金属圈、锥形金属圈和梯形金属圈由上而下依次同轴心布置于切割管道预制环面上
且其内表面直径均大于切割管道预制环面的直径，各金属圈内部设置有均匀分布的金属丝且
其外部包裹有金属箔片，各金属圈本体的材质均采用强度高和耐温性能强的金属；
所述可调偏式海底管道快速修复连接装置的金属环密封技术包括上六边形金属环和下六
边形金属环，上六边形金属环含两个上下平行布置的六边形金属环，而下六边形金属环仅有
一个并与各上六边形金属环同轴心放置，各金属环的截面均呈长六边形，下六边形金属环长
形截面的中心线与海底管道的轴线相平行，而上六边形金属环各长形截面的中心线则均与海
底管道的轴线交于同一点；各金属环采用粗金属环体，其金属环本体的材质均采用强度高和
耐温性能强的金属，各金属环外部均包裹有金属箔片；
所述可调偏式海底管道快速修复连接装置的○型密封圈密封技术包括上○型密封圈和下
○型密封圈，各○型密封圈的材质均选用耐腐蚀耐高温胶料；填料密封技术的填料采用环形
盘根，其截面为矩形，盘根由预浸聚四氟乙烯乳液的碳素纤维编织而成。
3.根据权利要求1所述的可调偏式海底管道快速修复连接装置，其特征在于：所述调偏
器的调偏体上部柱形筒体的壁厚与新更换管道和切割管道的壁厚相同，而其下部球形筒体内

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新福，王优强，刘春花，江京亮，石云，周晓东，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37