CN105235838B - 水下控制模块的齿轮驱动式对接锁紧机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水下控制模块的齿轮驱动式对接锁紧机构，包括水下控制模块对接主体和安装在水下设备上的基座，下底板外安装一个与之配合的锁紧环，锁紧环上安装有锁紧销，锁紧环上还在侧面加工了一排齿廓；基座上安装有对应的锁紧套，锁紧套上加工有锁紧槽；下底板上安装有定位套、导向键、导向销，基座上安装有下套筒；在上顶板上安装有吊环体和吊环。本发明结构紧凑，不仅可以取消掉水下控制模块中的锁紧轴，且省去了两道密封装置，提高了系统可靠性；由于安装工具在水下控制模块的侧面，可以在水下完成安装工具的更换，更加方便水下机器人的安装及拆卸，有效的解决了3000米以下水下对于水下控制模块的锁紧和密封。
Description
技术领域
本发明涉及一种对接锁紧机构，尤其涉及一种水下控制模块的齿轮驱动式对接锁紧机构，属于海洋石油工程领域。
背景技术
随着全球经济的复苏和不断增长，人们对于石油需求也不断增加。国际能源署(IEA)发布的世界能源发展预测，从2000～2030年，世界石油需求量会以年1.6％的速率进行增长，到2030年将达到57.69亿吨；天然气的需求量将会以年2.4％的速率增长，到2030年将达到相当于42.03亿吨油量。传统陆地上的能源已经不能满足人类因社会发展而带来的巨大需求，因此人类的步伐也从陆地逐步迈向了海洋。
近年来，全球海洋油气勘探发展迅猛，已从300米以内的浅海区逐渐转向深海区域(水深500以上定义为深海)拓展。目前已知的深水钻探最大水深已达3053米，开发水深达到2292米。但目前从全世界来看，真正拥有海洋勘探设备并具备开发能力的国家屈指可数。就水下采油生产系统而言，其生产供应商大多集中在美国、挪威等部分发达国家。
水下控制模块(SCM)是水下控制系统的核心设备，SCM控制水下采油树上的各个阀门，监控采油树的状态，并且及时向海面上的设备反馈海底设备信息，且水面生产平台与水下生产系统的协调工作也是通过水下控制模块来实现的。通常水下控制模块是与水上控制模块安装基盘进行配合锁紧并直接安装在所要控制的设备上，如：水下采油树、水下管汇等。
目前，现有的水下锁紧机构多采用动密封的结构形式，利用中间锁紧轴进行锁紧，配套潜水及深水环境中应用，但由于其结构复杂，且很多动密封只有在机构高速运转的时候才能发挥出其密封性能，所以不适合应用到水下控制模块上。静密封结构不仅能够有效地降低零件的加工精度和装配精度，而且，在静密封锁紧机构工作时，密封材料不会受到磨损，故静密封锁紧机构往往比动密封结构具有更长的使用寿命。
目前，现有的水下对接锁紧机构有很多种类型，控制锁紧和解锁控制原理多数采用螺旋传动机理，无论是动密封还是静密封，其密封结构主要都安装在锁紧轴上，对接导向机构多采用多个定位销来进行导向定位，而导向销要求加工和装配的精度很高，经常出现对接卡死的情况。而锁紧机构多采用旋转锁紧轴来提升锁紧轴，此种锁紧机构结构复杂，容易出现卡死的情况。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述技术缺点，而提供一种水下控制模块的齿轮驱动式对接锁紧机构，不仅可以取消掉水下控制模块中的锁紧轴，而且还省去了两道密封装置，提高系统可靠性。
本发明的目的是这样实现的：包括水下控制模块对接主体和安装在水下设备上的基座，所述基座的中心位置安装有下套筒，所述基座上设置有液压公插头和基座电接头，且基座的下端还安装有锁紧套，锁紧套上设置有锁紧槽，所述水下控制模块对接主体包括壳体、安装在壳体上端的上顶板和安装在壳体下端的下底板，所述上顶板上安装有吊环体，吊环体上安装有吊环，所述下底板外圈安装有锁紧环，锁紧环上安装有锁紧销，所述锁紧销与锁紧槽配合，所述锁紧环的外表面设置有齿形结构，所述齿形结构由水下机器人通过安装工具驱动，所述下底板的中心位置安装有定位套，定位套的端部设置有堵环，所述定位套的外表面上设置有导向键，所述下套筒的内表面设置有导向槽，且导向键与导向槽配合，所述下底板上还设置有分别与基座上的液压公插头和基座电接头配合液压母插头和下底板电接头。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述下底板上还是有导向销，所述底座上设置有与导向销配合导向孔。
2.所述壳体与下底板的连接处、壳体与上顶板的连接处均设置有密封圈。
3.所述齿形结构由水下机器人通过安装工具驱动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构紧凑，不仅可以取消掉水下控制模块中的锁紧轴，而且还省去了两道密封装置，提高了系统可靠性；由于安装工具在水下控制模块的侧面，可以在水下完成安装工具的更换，更加方便水下机器人的安装及拆卸，有效的解决了3000米以下水下对于水下控制模块的锁紧和密封。
附图说明
图1是本发明整体示意图；
图2是本发明的内部装配图；
图3是本发明的立体示意图；
其中：1.基座，2.锁紧套，3.下套筒，4.堵环，5.导向销，6.锁紧环，7.锁紧销，8.壳体，9.上顶板，10.吊环体，11.吊环，12.液压公插头，13.定位套，14.导向键，15.下底板，16.液压母插头。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1-3，基座1安装在水下设备上，基座1上安装有锁紧套2、下套筒3；水下控制模块壳体8、水下控制模块上顶板9、水下控制模块下底板15采用螺栓连接的方式组成为一个整体；其中，水下控制模块上顶板9上安装有吊环体10和吊环11等，用于水下控制模块的吊装；水下控制模块下底板15上安装有锁紧环6，锁紧环6上安装有锁紧销7，此外，水下控制模块下底板15上还安装有定位套13、堵环4、导向键14、导向销5；锁紧环6上还加工有一排齿廓(也即是齿形结构)，ROV安装工具通过与锁紧环6上的一排齿廓啮合使锁紧环6旋转，锁紧环6上的锁紧销与锁紧套2上的锁紧槽的斜面进行配合，从而使水下控制模块上下移动；水下控制模块壳体8上还安装有密封装置，密封装置包括：水下控制模块上顶板9与水下控制模块壳体8之间安装有密封圈，水下控制模块下底板15与水下控制模块壳体8之间安装有密封圈，以防止外界海水进入水下控制模块壳体内。
上述水下控制模块下底板15上设有数个安装孔，安装孔内安装有数个液压母接头16及电气接头；基座1上也设有数个安装孔，安装孔内安装有数个液压公接头12及电气接头；在水下控制模块与基座1进行对接的同时，数个液压母接头16及电气接头与基座1上对应的数个液压公接头12及电气接头也同时进行对接。
本发明采用以下安装步骤：
第一步：先将水下控制模块下底板15安放在架子上；
第二步：将数个液压母接头16及电气接头安装到水下控制模块下底板15上；
第三步：将锁紧销7安装到锁紧环6上；
第四步：将水下控制模块壳体8与水下控制模块上顶板9用螺钉组成成一个整体；
第五步：将组装好的水下控制模块壳体8与水下控制模块上顶板11用螺钉安装在水下控制模块下底板15上；
第六步：将锁紧环6安装到水下控制模块下底板15上；
第七步：将吊环体10和吊耳11安装到水下控制模块上顶板9上；
第八步：将导向销5用螺钉安装到水下控制模块下底板15上；
第九步：将基座1放置到架子上；
第十步：将下套筒3用螺钉安装到基座1上；
第十一步：将数个液压公接头13及电气接头安装到基座1上；
第十二步：将锁紧套2用螺钉安装到基座1上；
本发明工作原理：
使用时，将本发明安装到水下控制模块后，由吊车吊住水下控制模块的吊装装置缓慢下放水下控制模块，当水下控制模块到达指定的海底采油设备后，操作员通过水下机器人上的水下摄像机找到基座1，通过水下摄像机调整吊车的方位，进而调整水下控制模块与基座1的对接位置，水下控制模块对接时首先通过导向销5来进行粗定位，使水下控制模块能够保持在准确的方向上，在继续下放的过程中，由水下控制模块下底板15上定位套13上的导向键14和基座1上下套筒3中的导向槽来进行精确定位对接；与此同时，数个液压母接头16、液压公接头12及电气接头也同时进行对接。当锁紧销7插入到锁紧套的凹槽内后，水下机器人通过安装工具与锁紧环6上的一排齿廓啮合使锁紧环6旋转，锁紧环6上的锁紧销7与锁紧套2上的锁紧槽的斜面进行配合，从而使水下控制模块向下移动；当锁紧销7完全进入锁紧槽内后，所有的接头对接到位。所述的安装工具只要是能驱动锁紧环上的齿形结构即可，可以选择与与齿形结构啮合的齿条或齿轮且由水下机器人驱动，易于实现。
当需要将水下控制模块和基座1解锁时，水下机器人通过安装工具与锁紧环6上的一排齿廓啮合使锁紧环6反向旋转，使锁紧销7退出锁紧槽，当锁紧销7完全退出后，由吊车用吊带吊住水下控制模块的吊耳，向上提起水下控制模块，进而实现水下控制模块与基座1的解锁。
本发明包括基座1和水下控制模块对接主体，其中，基座1上安装有锁紧套2，锁紧套2上加工有锁紧槽；水下控制模块下底板15上安装有锁紧环6，锁紧环6上安装有锁紧销，锁紧环6上还加工有一排齿廓；ROV安装工具通过与锁紧环6上的一排齿廓啮合使锁紧环6旋转，锁紧环6上的锁紧销与锁紧套2上的锁紧槽的斜面进行配合，从而使水下控制模块上下移动；水下控制模块下底板15上安装有定位套13、导向键14、导向销5，基座上安装有下套筒3；在水下控制模块上顶板9上安装有吊环体10、吊环11；水下控制模块上还安装有两处密封装置。
所述的水下控制模块下底板15上安装有锁紧环6、定位套13、堵环4、导向键14、导向销5，用于水下控制模块的对接锁紧及导向，水下控制模块下底板15上还安装有数个液压母插头16及电接头。
所述的基座1上安装有锁紧套2、下套筒3，用于水下控制模块的对接锁紧及导向，基座1上还安装有数个液压公插头12及电接头，当水下控制模块对接锁紧时，数个液压接头及电接头也同时对接。
所述的水下控制模块的上顶板9处安装有一个吊装机构，此机构由吊环体10、吊环11等组成，此装置为单点吊装机构，有利于保证水下控制模块在水下安装时的垂直度。
所述的水下控制模块的下底板15上安装有锁紧环6，锁紧环6上加工有一排齿廓，ROV安装工具通过与锁紧环6上的一排齿廓啮合使锁紧环6旋转，锁紧环6上的锁紧销与锁紧套2上的锁紧槽的斜面进行配合，从而使水下控制模块上下移动，进而实现水下控制模块的对接、锁紧与解锁。
所述的水下控制模块上顶板9与水下控制模块壳体8之间安装有密封圈，水下控制模块下底板15与水下控制模块壳体8之间安装有密封圈，这两处密封为静密封，密封性能相比动密封更好。
一种水下齿轮驱动式对接锁紧机构，水下控制模块的下底板15外安装一个与之配合的锁紧环6，锁紧环上安装有锁紧销7，锁紧环上还在侧面加工了一排齿廓；基座1上安装有对应的锁紧套2，锁紧套2上加工有锁紧槽；水下控制模块下底板15上安装有定位套13、导向键14、导向销5，基座上安装有下套筒3；在水下控制模块上顶板9上安装有吊环体10、吊环11；水下控制模块的壳体上还安装有两处密封装置。本发明结构紧凑，不仅可以取消掉水下控制模块中的锁紧轴，而且还省去了两道密封装置，提高了系统可靠性；由于安装工具在水下控制模块的侧面，可以在水下完成安装工具的更换，更加方便水下机器人的安装及拆卸，有效的解决了3000米以下水下对于水下控制模块的锁紧和密封。
Claims (5)
1.水下控制模块的齿轮驱动式对接锁紧机构，其特征在于：包括内部无锁紧轴的水下控制模块对接主体和安装在水下设备上的基座，所述基座的中心位置安装有下套筒，所述基座上设置有液压公插头和基座电接头，且基座的下端还安装有锁紧套，锁紧套上设置有锁紧槽，所述水下控制模块对接主体包括壳体、安装在壳体上端的上顶板和安装在壳体下端的下底板，所述上顶板上安装有吊环体，吊环体上安装有吊环，所述下底板外圈安装有锁紧环，锁紧环上安装有锁紧销，所述锁紧销与锁紧槽配合，所述锁紧环的外表面设置有齿形结构，所述下底板的中心位置安装有定位套，定位套的端部设置有堵环，所述定位套的外表面上设置有导向键，所述下套筒的内表面设置有导向槽，且导向键与导向槽配合，所述下底板上还设置有分别与基座上的液压公插头和基座电接头配合液压母插头和下底板电接头。
2.根据权利要求1所述的一种水下控制模块的齿轮驱动式对接锁紧机构，其特征在于：所述下底板上还是有导向销，所述底座上设置有与导向销配合导向孔。
3.根据权利要求1或2所述的一种水下控制模块的齿轮驱动式对接锁紧机构，其特征在于：所述壳体与下底板的连接处、壳体与上顶板的连接处均设置有密封圈。
4.根据权利要求1或2所述的一种水下控制模块的齿轮驱动式对接锁紧机构，其特征在于：所述齿形结构由水下机器人通过安装工具驱动。
5.根据权利要求3所述的一种水下控制模块的齿轮驱动式对接锁紧机构，其特征在于：所述齿形结构由水下机器人通过安装工具驱动。
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