深水法兰自动连接的螺栓插入及法兰对孔装置

摘要

本发明提供的是一种深水法兰自动连接的螺栓插入及法兰对孔装置。它包括支座[1]、开合器[2]、开合液压缸[3]、调孔器[4]、螺栓仓[5]、支撑轴[6]、螺栓[7]、调孔液压缸[8]和进给液压缸[9]，开合器[2]通过支撑轴[6]安装在支座[1]上，开合器[2]上安装有开合液压缸[3]，调孔器[4]安装在开合器[2]内、其上带有支臂[24]，开合器[2]的前后两部分通过连接轴[11]组成一体，开合器[2]上设置有与支臂[24]相配合的调孔液压缸[8]，螺栓[7]安装在开合器[2]的前部，进给液压缸[9]安装在开合器[2]的后部。本发明具有结构简单，可靠性高的特点，能适用于水下3000米的管道法兰自动连接。

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种可用于深水法兰自动连接的螺栓插入及法兰对孔装置。

(二)背景技术

海底管道回接是指将管道连接到水下设备上，主要包括：管道与平台的连接、管道与管网的连接、管道与立管的连接、管道间的连接等。对于深水海底管道的连接常采用机械式法兰自动连接方式。法兰自动连接的简单过程是，先由遥控潜水器ROV(Remotely Operated Vehicle)控制H架，把海床上需要对接的管道支撑起来，再由对准机具实现管道轴向位置和径向位置的对齐，之后ROV操纵法兰自动连接机具即螺栓库和螺母库完成管道法兰的螺栓连接。螺栓库即为本发明深水法兰自动连接的螺栓插入及法兰对孔装置。螺栓库首先旋转活动法兰，完成管道两侧法兰孔的对齐，再将螺栓插入螺栓孔，最后由管道另一侧的螺母库利用扳手将螺母拧紧，从而完成法兰的螺栓连接。

[1]Giovanni Corbetta，Aberdeen METHOD AND APPARATUS FORCONNECT-ING UNDERWATER CONDUITS，Sonsub International Ltd.1998；[2]Jacobus Cornelis Wijsman，Rijnsburg METHOD AND APPARATUS FORUNDERWATER CONNECTION OF PIPE PIECES AND BOLT THEREFORAllseas Group S.A.1998；[3]GILES，John，Stephen，CAMPING，Michael，WISHART，Graham REMOTE BOLTED FLANGE CONNECTION APPARATUSAND METHODS OF OPERATION THEREOF，STOLT OFFSHORELIMITED.2001等文献中有相关的报道，但是上述文献[1]中的螺栓库结构的开合器为三瓣结构，不能旋转对孔，完成对孔需要其它辅助设备，所以结构复杂；文献[2]中螺栓库与文献[1]中螺栓库有相似之处，如都为三瓣结构，都有螺栓预紧功能。但文献[2]中螺栓库与螺母库是连为一体的，不利于运输和不方便ROV携带；文献[3]中螺栓库与螺母库也是连为一体的，其上安装有机械手，用于辅助插入螺栓。其体积庞大，结构非常复杂。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种具有螺栓插入和法兰对孔功能，能够满足深水海底管道法兰自动连接要求的深水法兰自动连接的螺栓插入及法兰对孔装置。

本发明的目的是这样实现的：

它包括支座1、开合器2、开合液压缸3、调孔器4、螺栓仓5、支撑轴6、螺栓7、调孔液压缸8和进给液压缸9，开合器2通过支撑轴6安装在支座1上，开合器2上安装有开合液压缸3，调孔器4安装在开合器2内、其上带有支臂24，开合器2的前后两部分通过连接轴11组成一体，开合器2上设置有与支臂24相配合的调孔液压缸8，螺栓7安装在开合器2的前部，进给液压缸9安装在开合器2的后部。

1、开合器2由前开合器13和后开合器14两部分构成，并且被剖分左右两部分，通过定位孔10安装在转轴上，开合器2上开有槽型轨道15、用于安装连接轴的定位孔17。

2、调孔器4由前调孔器18和后调孔器21两部分构成，并且被剖分左右两部分，由连接轴12将前后部分联为一体，调孔器安装在开合器内圆柱面上，开合器2上开有槽型轨道15，调孔器通过槽型轨道15与外瓦片相连，开合液压缸一端安装在定位转轴16上，另一侧安装在支座上。

本发明提供了一种深水自动法兰连接的螺栓插入及法兰对孔装置结构设计，它具有螺栓插入和法兰对孔功能，能够满足深水海底管道法兰自动连接的要求。适用于深水法兰自动连接的螺栓插入及法兰对孔装置即螺栓库。螺栓安装在螺栓库的螺栓仓内，螺栓数目与法兰孔数相同。在液压缸作用下，螺栓随螺栓仓沿管道作周向运动和轴向进给运动，完成对孔和插入螺栓的动作。本发明具有结构简单，可靠性高的特点，能适用于水下3000米的管道法兰自动连接。

(四)附图说明

图1是本发明的结构图；

图2是开合器与调孔器的装配结构图；

图3是开合器的结构图；

图4是调孔器的结构图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，本发明的螺栓插入及法兰对孔装置主要包括：支座1、开合器2、开合液压缸3、调孔器4、螺栓仓5、支撑轴6、螺栓7、调孔液压缸8和进给液压缸9。本装置安装在焊接有活动法兰一侧的管道上，首先由ROV携带螺栓库从工作母船向管道上方运动，在开合液压缸3的作用下，开合器2绕支撑轴6旋转一定角度，从而开合器2打开，ROV将螺母库安装在管道上，开合器2闭合将管道抱住。调孔器4在调孔液压缸8的作用下旋转，使螺栓7对准旋转法兰螺栓孔，由进给液压缸9推动螺栓仓5，将螺栓插入旋转法兰螺栓孔，调孔器4运动带动螺栓7旋转从而带动旋转法兰旋转，使两侧法兰孔对齐，最后由进给液压缸9推动螺栓仓5，从而完成螺栓插入动作。另一侧的螺母库将螺母拧紧到螺栓上，最终完成法兰的螺栓连接。

结合图2，开合器与调孔器是螺栓库中较复杂的部件，并且起到重要的作用。开合器2由两部分构成，前开合器和后开合器，并且被剖分左右两部分。开合器通过定位孔10安装在转轴上，在开合液压缸的作用下绕转轴旋转完成开合动作。开合器2的前后两部分通过连接轴11组成一体。调孔器4安装在开合器2内，调孔器4也由先后两部分构成，并且被剖分左右两部分。调孔器4由连接轴12将前后部分联为一体。调孔器4可以随开合器2作开合动作，并且可以在调孔液压缸的作用下，绕管道轴线旋转完成调孔动作。

结合图3，前开合器13和后开合器14共同组成开合器。调孔器被安装在开合器内圆柱面上，通过槽型轨道15与外瓦片相连。槽型轨道15限制了调孔器的旋转角度在规定的范围内。开合液压缸一端安装在定位转轴16上，另一侧安装在支座上。定位孔17用于安装连接轴，把前后开合器连为一体。

结合图4，前调孔器18和后调孔器21共同组成调孔器。调孔器是左右两半的，图中为调孔器的一半结构。孔19是螺栓通过孔，螺栓通过此孔插入法兰，起到导向的作用。外瓦片20与开合器外圆柱面配合，对调孔器起到径向固定作用。定位孔22用于安装连接轴，把前后调孔器连为一体。孔23是进给液压缸的活塞杆的通过孔，进给液压缸的活塞杆通过孔23也螺栓仓相连。定位孔25是进给液压缸的安装孔。支臂24与后调孔器连为一体，端部有孔与调孔液压缸相连。调孔液压缸的伸缩运动通过支臂24传递给后调孔器21，转化成调孔器的旋转运动。

该螺栓库工作过程如下：

(1)夹紧，把整个螺栓库安装到被连接管道上，由支座1定位到待连接管道上，实现初步定位。

(2)开合，由支座1上的开合液压缸3和开合器2共同完成，通过开合液压缸3的伸缩来打开和合上开合器2。这是螺栓库工作的第二步，它把开合器2包络到管道上，使16个螺栓排列在一个圆周之上，以便实现螺栓插入。

(3)对孔，由安装在开合器2圆周上的调孔液压缸8和调孔器4上共同完成调孔动作，只要调孔液压缸8伸长或缩短一定的距离，就会等效为调孔器绕着轴向转动一定的角度。这是螺栓库工作的第三步，主要实现螺栓和法兰孔对齐，简单的说该过程是一个开合器2的旋转运动。该对孔过程还包括把活动法兰孔与固定法兰孔的对齐，同样通过调孔器的旋转，调节活动法兰孔和固定法兰孔的对齐，以便插入螺栓。

(4)插入，当法兰孔对齐后，驱动进给液压缸9，推动螺栓仓5，插入螺栓。