一种海底卡箍连接器用螺栓预紧工具

摘要

本发明涉及一种海底卡箍连接器用螺栓预紧工具，由壳体系统，减速系统，传动系统和拧紧系统构成。壳体内部安装有减速系统，减速系统与传动系统上端通过十字轴连接，传动系统下端与拧紧系统通过十字轴连接，拧紧系统安装与下壳体内。其工作原理为：液压马达旋转带动小齿轮旋转，小齿轮经过减速齿轮的减速后将运动传递给传动齿轮，传动齿轮将旋转运动传递给传动轴，传动轴再将旋转运动传递给拧紧套筒，最后由拧紧套筒带动螺栓旋转，进而实现多个螺栓同时预紧的目的。与现有技术相比，本发明可为海底卡箍式连接器快速预紧螺栓，进而减少水下辅助连接时间，实现海底管道的快速修复连接，缩短海底管道修复周期，并降低海洋油气输送的综合成本。

权利要求

1.一种海底卡箍连接器用螺栓预紧工具，由壳体系统(1)，减速系统(2)，传动系统(3)和拧紧系统(4)构成，其特征为：壳体内部安装有减速系统(2)；减速系统(2)与传动系统(3)上端通过十字轴(32)连接；传动系统(3)下端与拧紧系统(4)通过十字轴(32)连接，拧紧系统(4)安装于下壳体(12)内；

所述壳体系统(1)包括上壳体(11)、下壳体(12)，其特征为：上壳体(11)的中心位置设计有液压马达轴孔，液压马达轴孔周向设计有均布的螺纹孔，液压马达轴穿过液压马达轴孔并通过螺纹连接使液压马达(21)紧固于上壳体(11)的上表面；上壳体(11)的下侧内表面设计有轴承安装孔(13)，轴承安装孔(13)内配合安装有减速系统(2)的齿轮轴；上壳体(11)的四周设计有通孔，螺栓穿过通孔使上壳体(11)与下壳体(12)形成螺纹紧固连接；所述下壳体(12)为轴对称结构，下壳体(12)的四周设计有用于连接上壳体(11)的螺纹孔；下壳体(12)的上表面分别设计有小齿轮安装腔体(14)，减速齿轮安装腔体(15)和传动齿轮安装腔体(16)，小齿轮安装腔体(14)内安装有小齿轮(22)，减速齿轮安装腔体(15)内安装有减速齿轮(23)，传动齿轮安装腔体(16)内安装有传动齿轮(24)；传动齿轮(24)安装腔体底面设计有通孔，通孔内设计有环向沟槽，环向沟槽内安装有密封圈，密封圈内安装有传动齿轮(24)的齿轴；下壳体(12)的下端设计有圆形套筒安装孔(17)，套筒安装孔(17)内安装有拧紧系统(4)的拧紧套筒(41)；

所述减速系统(2)包括液压马达(21)，小齿轮(22)，减速齿轮(23)和传动齿轮(24)，其特征为：液压马达(21)的轴与小齿轮(22)通过键连接，小齿轮(22)与减速齿轮(23)相互啮合，减速齿轮(23)与传动齿轮(24)相互啮合；传动齿轮(24)和减速齿轮(23)的齿轴分别套有轴承，轴承安装于上壳体(11)的上轴承安装孔(13)内；传动齿轮(24)的下齿轴中部外套有密封圈，下齿轴下侧设计有外螺纹，外螺纹与大万向节叉(25)形成螺纹连接；大万向节叉(25)连接有传动轴(31)系统；

所述传动系统(3)包括传动轴(31)和十字轴(32)；传动轴(31)上下两端设计有拨叉，拨叉内设计有通孔；传动轴(31)上端通过十字轴(32)连接有减速传动系统(3)的大万向节叉(25)，传动轴(31)下端通过十字轴(32)连接有拧紧系统(4)的拧紧套筒(41)；

所述拧紧系统(4)包括拧紧套筒(41)，轴用挡圈(42)；拧紧套筒(41)呈阶梯轴状，拧紧套筒(41)的大轴侧外表面安装于下壳体(12)的套筒安装孔(17)内，大轴下端面设计有正六方形盲孔；拧紧套筒(41)的小轴端设计有环形凹槽，环形凹槽内安装有轴用挡圈(42)，轴承的内圈安装于拧紧套筒(41)的轴肩与轴用挡圈(42)之间，轴承的外圈安装于下壳体(12)内；拧紧套筒(41)的小轴端顶部设计有双耳环(43)，双耳环(43)通过十字轴(32)与传动轴(31)连接。

说明书

一种海底卡箍连接器用螺栓预紧工具

技术领域

[0001] 本发明涉及石油天然气海底管道抢修装备技术领域，特别涉及一种海底卡箍连接器用螺栓预紧工具。

背景技术

[0002] 随着陆地油气资源的短缺，世界沿海国家陆续对海洋油气资源进行了勘探与开采，且对海洋油气资源的勘探与开采已逐步成为国内外油气工业发展的主要趋势。此外，随着我国经济持续高速增长，油气资源供应不足将成为阻碍经济发展的主要矛盾，为提高油气资源的占有量，海洋油气的勘探和开采已经成为我国实现能源可持续发展的战略重点。

[0003] 海底管道承担着水下油气井出液、海底原油、天然气和伴生气介质输运等重要任务，因而海底管道的安全稳定的运营对海洋油气资源的开发利用具有重要意义。由于海底运行工况和周围海水的特殊环境，海底管道存在疲劳破坏、地质灾害破坏、腐蚀破坏、船舶抛锚破坏和海洋勘探开发第三方破坏等风险，而海底管道一旦发生泄露，不仅会对下游及终端用户的正常生产和生活造成不利影响，而且还会造成海洋环境污染、油气资源浪费和油田生产中断。

[0004] 海底管道在运行时若遇到损伤或破坏，需对其进行修复或补强。目前海底管道修复或补强的技术有：管卡堵漏、复合材料补强和水下管段更换三种主要的海底管道修复技术。其中，复合材料补强技术，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，而且注入机设备复杂和庞大，现场材料制作和水下操作工艺复杂，这些都不利于海底管道的快速修复。管卡堵漏修复技术是采用机械式封堵，其优点在于实施简单、作业周期短，可用于渤海海域由于腐蚀、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坏或有较大变形以及海底管道处于较深或深水海域时，该技术就难以实现有效的封堵修复。海底管段更换修复技术其特点是应用范围广，可完成腐蚀或断裂等各种形式的海底管道破坏修复；海底管段更换分为：海底管道焊接更换技术和海底管道连接器连接技术。而海底管道焊接更换技术存在工序多、对环境要求高、结构复杂，不能实现快速更换，因此管段更换效率不高，连接的可靠度不理想，而海底管道连接器技术能解决上述问题。根据接头机械连接方式可分为螺栓连接式、卡箍连接式、卡爪连接式，其中卡箍连接器通过螺栓施加预紧力迫使密封橡胶径向收缩与管道形成密封面，且卡箍连接器所需螺栓数量较少，通常只需2～4个螺旋即可完成密封，因此相对较容易实现。然而，卡箍连接器下入海底后，需采用特殊连接机具和水下机器人对卡箍的螺栓进行旋转预紧，从而带来连接费时，操作过程复杂的问题。专利号2008100643759公布了深水法兰自动连接的螺栓插入及法兰对孔装置，专利号2008100646615公布了一体式远程管道法兰螺栓联接机具，专利号2009100724661公布了深海法兰连接螺栓库拧紧装置，而上述工具只能对法兰连接器的螺栓进行预紧，而不能对卡箍式连接器的螺栓进行预紧。

发明内容

[0005] 为解决卡箍连接器螺栓预紧的上述缺点，本发明的目的在于提供一种海底卡箍连接器用螺栓预紧工具，该工具可为海底的卡箍连接器快速预紧螺栓，实现海底管道的快速修复连接，从而缩短海底管道修复周期。

[0006] 为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

[0007] 一种海底卡箍连接器用螺栓预紧工具，由壳体系统1，减速系统2，传动系统3和拧紧系统4构成，其特征为：壳体内部安装有减速系统2；减速系统2与传动系统3上端通过十字轴32连接；传动系统3下端与拧紧系统4通过十字轴32连接，拧紧系统4安装于下壳体12内；

[0008] 所述壳体系统1包括上壳体11、下壳体12，其特征为：上壳体11的中心位置设计有液压马达轴孔，液压马达轴孔周向设计有均布的螺纹孔，液压马达轴穿过液压马达轴孔并通过螺纹连接使液压马达21紧固于上壳体11的上表面；上壳体11的下侧内表面设计有轴承安装孔13，轴承安装孔13内配合安装有减速系统2的齿轮轴；上壳体11的四周设计有通孔，螺栓穿过通孔使上壳体11与下壳体12形成螺纹紧固连接；所述下壳体12为轴对称结构，下壳体12的四周设计有用于连接上壳体11的螺纹孔；下壳体12的上表面分别设计有小齿轮安装腔体14，减速齿轮安装腔体15和传动齿轮安装腔体16，小齿轮安装腔体14内安装有小齿轮22，减速齿轮安装腔体15内安装有减速齿轮23，传动齿轮安装腔体16内安装有传动齿轮24；传动齿轮24安装腔体底面设计有通孔，通孔内设计有环向沟槽，环向沟槽内安装有密封圈，密封圈内安装有传动齿轮24的齿轴；下壳体12的下端设计有圆形套筒安装孔17，套筒安装孔17内安装有拧紧系统4的拧紧套筒41；

[0009] 所述减速系统2包括液压马达21，小齿轮22，减速齿轮23和传动齿轮24，其特征为：液压马达21轴与小齿轮22通过键连接，小齿轮22与减速齿轮23相互啮合，减速齿轮23与传动齿轮24相互啮合；传动齿轮24和减速齿轮23的齿轴分别套有轴承，轴承安装于上壳体11的上轴承安装孔13内；传动齿轮24的下齿轴中部外套有密封圈，下齿轴下侧设计有外螺纹，外螺纹与大万向节叉25形成螺纹连接；大万向节叉25连接有传动轴31系统；

[0010] 所述传动系统3包括传动轴31和十字轴32；传动轴31上下两端设计有拨叉，拨叉内设计有通孔；传动轴31上端通过十字轴32连接有减速传动系统3的大万向节叉25，传动轴31下端通过十字轴32连接有拧紧系统4的拧紧套筒41；

[0011] 所述拧紧系统4包括拧紧套筒41，轴用挡圈42；拧紧套筒41呈阶梯轴状，拧紧套筒41的大轴侧外表面安装于下壳体12的套筒安装孔17内，大轴端的内部设计有正六方形盲孔；拧紧套筒41的小轴端设计有环形凹槽，环形凹槽内安装有轴用挡圈42，轴承的内圈安装于拧紧套筒(41)的轴肩与轴用挡圈42之间，轴承的外圈安装于下壳体12内；拧紧套筒41的小轴端顶部设计有双耳环43，双耳环43通过十字轴32与传动轴31连接。

[0012] 与现有技术比较，本发明的有益效果是：(1)实现海底卡箍连接器的螺栓的快速预紧，减少ROV或人工作业的水下辅助连接时间；(2)螺栓同步拧紧使卡箍式连接器的密封力均匀。

附图说明

[0013] 图1为本发明的二维平面剖视图。

[0014] 图2为本发明的三维示意图。

[0015] 图3为本发明的三维剖视图。

[0016] 图4为壳体系统三维示意图。

[0017] 图5为壳体系统三维剖视图。

[0018] 图6为上壳体三维剖视图。

[0019] 图7为上壳体仰视图。

[0020] 图8为下壳体三维示意图。

[0021] 图9为下壳体三维剖视图。

[0022] 图10为减速系统与传动系统连接示意图。

[0023] 图11为减速系统与传动系统仰视图。

[0024] 图12为液压马达与小齿轮连接示意图。

[0025] 图13为传动系统三维示意图。

[0026] 图14为拧紧系统与传动系统连接示意图。

[0027] 图15为拧紧套筒三维示意图。

[0028] 图16为拧紧套筒半剖示意图。

[0029] 图17为拧紧系统工作状态的示意图。

[0030] 图18为螺栓拧紧后卡箍连接器的示意图。

[0031] 1.壳体系统，2.减速系统，3.传动轴系统，4.拧紧系统，5.卡箍连接器；11.上壳体，12.下壳体，13.轴承安装孔，14.小齿轮安装腔体，15.减速齿轮安装腔体，16.传动齿轮安装腔体，17.套筒安装孔；21.液压马达，22.小齿轮，23.减速齿轮，24.传动齿轮，25.大万向节叉；31.传动轴，32.十字轴；41.拧紧套筒，42.轴用挡圈，43.双耳环；51.管道，52.橡胶，53.上卡箍，54.下卡箍。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图对本发明做进一步详细叙述。

[0033] 参照图1～图3，一种海底卡箍连接器用螺栓预紧工具，由壳体系统1，减速系统2，传动系统3和拧紧系统4构成。壳体内部安装有减速系统2，减速系统2与传动系统3上端通过十字轴32连接，传动系统3下端与拧紧系统4通过十字轴32连接，拧紧系统4安装于下壳体12内。其工作原理为：液压马达21旋转带动小齿轮22旋转，小齿轮22经过减速齿轮23的减速后将运动传递给传动齿轮24，传动齿轮24将旋转运动传递给传动轴31，传动轴31再将旋转运动传递给拧紧套筒41，最后由拧紧套筒41带动螺栓旋转，进而实现多个螺栓同时预紧的目的。

[0034] 参照图4～图7，壳体系统1包括上壳体11、下壳体12。上壳体11的中心位置设计有液压马达轴孔，液压马达轴孔周向设计有均布的6个螺纹孔，液压马达轴穿过液压马达轴孔，并通过螺纹连接使液压马达21紧固于上壳体11的上表面。上壳体11的下侧内表面设计有6个轴承安装孔13，轴承安装孔13内分别配合安装有减速系统2的齿轮轴。上壳体11的四周设计有22个通孔，螺栓穿过通孔使上壳体11与下壳体12形成螺纹紧固连接。

[0035] 参照图8～图9，下壳体12为轴对称结构，下壳体12的四周设计有用于连接上壳体11的螺纹孔，螺纹孔的数目与上壳体11通孔的数目一致。下壳体12的上表面分别设计有1个小齿轮安装腔体14，2个减速齿轮安装腔体15和4个传动齿轮安装腔体16，小齿轮安装腔体
14内安装有小齿轮22，减速齿轮安装腔体15内安装有减速齿轮23，传动齿轮安装腔体16内安装有传动齿轮24。传动齿轮24安装腔体底面设计有圆形通孔，圆形通孔内设计有环向沟槽，环向沟槽内安装有密封圈，密封圈用于防止海水进入减速系统2；密封圈内安装有传动齿轮24的下齿轴。下壳体12的下端的四个角落分别设计有圆形套筒安装孔17，圆形套筒安装孔17用于安装拧紧套筒41，且套筒安装孔17内设计有环形凹槽，环形凹槽内安装有孔用挡圈，孔用挡圈用于定位安装拧紧套筒41处的轴承。

[0036] 参照图10～图12，减速系统2包括液压马达21，小齿轮22，减速齿轮23和传动齿轮24。液压马达21轴与小齿轮22通过键连接，小齿轮22与2个减速齿轮23相互啮合，每个减速齿轮23由与2个传动齿轮24相互啮合。传动齿轮24和减速齿轮23的齿轴分别套有一对轴承，轴承安装于上壳体11的上轴承安装孔13内。传动齿轮24的下齿轴中部外套有密封圈，密封圈用于防止海水进入减速系统2。传动齿轮24的下齿轴下侧设计有外螺纹，外螺纹与大万向节叉25形成螺纹连接，大万向节叉25下端又连接传动轴31，从而形成万向轴连接。

[0037] 参照图13，传动系统3包括传动轴31和十字轴32。传动轴31上下两端设计有拨叉，拨叉内设计有通孔，通孔内连接有十字轴32。传动轴31上端通过十字轴32连接有减速传动系统3的大万向节叉25，传动轴31下端通过十字轴32连接有拧紧系统4的拧紧套筒41，进而构成万向轴传动形式。

[0038] 参照图14～图16，拧紧系统4包括拧紧套筒41，轴用挡圈42。拧紧套筒41呈阶梯轴状，拧紧套筒41的大轴侧外表面安装于下壳体12的套筒安装孔17内，大轴端的内部设计有正六方形盲孔，正六方形盲孔用于拧紧卡箍的上的螺栓，从而达到螺栓预紧目的。拧紧套筒41的小轴端设计有环形凹槽，环形凹槽内安装有轴用挡圈42，轴承的内圈安装于轴肩与轴用挡圈42之间，轴承的外圈安装于下壳体12内。拧紧套筒41的小轴端顶部设计有双耳环43，双耳环43通过十字轴32与传动轴31连接，进而形成万向轴传动方式。

[0039] 参照图17～图18，本工具工作时，拧紧套筒41带动螺栓不断旋转，使上卡箍53与下卡箍54不断挤压橡胶52，迫使密封橡胶52径向收缩与管道51形成密封面。