CN105480398B - 水下控制模块的静密封楔块式对接锁紧机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水下控制模块的静密封楔块式对接锁紧机构，包括水下控制模块对接主体和安装在水下设备上的基座，锁紧轴从水下控制模块上顶盖和下底板中穿过，锁紧轴的上端与水下控制模块上顶盖连接处安装有一个预紧装置，锁紧轴的下端安装有导向机构、锥体和定位块；在对应的水下设备的基座上，安装有一个导向套筒和锁紧装置。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，不仅更加容易导向对中，而且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

水下控制模块的静密封楔块式对接锁紧机构

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静密封楔块式对接锁紧机构，属于海洋石油工程领域。

背景技术

全球石油资源总量中约34％是海洋油气资源，全球石油资源总储量1000亿吨左右，而目前已探明储量才为380亿吨左右，且已探明储量将近80％在深水海域。近些年来，随着全球能源需要量的不断增加和国际油价的大幅度上涨，促使人们不断扩大全球油气勘探开发(E&P)总投资规模。依据相关资料统计，从2001年到2005年，海上油气E&P投资从约690亿美元增长到约900亿美元，增长了三分之一左右；深海油气E&P投资份额占全球海上油气E&P投资总份额的比例也在增大，深海油气E&P投资从约92亿美元增长到约140亿美元，增长了二分之一左右。据统计到2010年，全球深海油气E&P投资达到约200亿美元，较2005年增长43％。由此可见，深水油气资源的开采已逐渐成为全球石油资源开采的重点。

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，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。因为水下控制模块只有在安装及拆卸时密封部位才会有相对运动，故改用静密封结构，静密封结构不仅有效地降低了零件的加工精度和装配精度需求，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。而锁紧机构多采用靠旋转锁紧轴及提升锁紧轴利用卡死机构锁紧，此结构的锁紧轴不但要上下移动，还需要进行旋转动作，对水下机器人(ROV)操作要求高；且随着水深的增加，水下压力加大及能见度的降低，对于水下锁紧机构的对接和锁紧及ROV操作的便利性提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的是为了更加方便水下机器人的安装及拆卸，而且有效地解决了对接卡死的问题，使水下对接锁紧更加容易操作而提供一种结构紧凑水下控制模块的静密封楔块式对接锁紧机构。

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，下套筒的内表面设置有定位环，所述基座上设置有液压公插头，水下控制模块对接主体包括壳体和分别安装在壳体上端和下端的上顶板和下底板，所述上顶板上端设置有吊环体，吊环体上安装有吊环，吊环体上还设置有ROV旋转插孔，吊环体的中心位置安装有丝杠，上顶板的中心位置安装有端套，所述丝杠上安装有丝母且丝杠伸入至端套内，所述上顶板与下底板之间安装有支撑管，且所述支撑管与丝杠同轴，所述支撑管内安装中心管，所述中心管的上端与丝母固连、下端固连有芯轴，所述下底板的中心位置安装有主轴套，主轴套的端部设置有，所述芯轴伸入至主轴套内，且芯轴的端部依次固连有锥体和导向环，主轴套内表面分别设置有可移动的定位块和导向槽，所述锥体上设置有与导向槽配合的导向键，所述下底板上还设置有与液压公插头配合的液压母插头，所述丝杠由水下机器人的机械手通过ROV旋转插孔进行驱动。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述下底板上还设置有导向销，所述底座上设置有与导向销配合导向孔。

2.所述定位块的工作状态是与定位环配合，所述定位块的初始状态是等待与锥体配合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的结构简单紧凑，更加容易导向对中，不仅更加方便水下机器人的安装及拆卸，而且有效地解决了对接卡死的问题，使水下对接锁紧更加容易操作，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。本发明采用静密封，不仅有效地降低了零件的加工精度和装配精度需求，而且，在静密封锁紧机构工作时，密封材料不会受到磨损，使使用寿命相对增加了。

附图说明

图1是本发明整体示意图；

图2是本发明锁紧机构内部装配图；

图3是本发明水下控制模块壳体装配图；

图4是本发明基座装配图；

其中：1.基座，2.水下控制模块下底板，3.芯轴，4.下套筒，5.主轴套，6.定位销，7.水下控制模块壳体，8.吊环体，9.ROV旋转插孔，10.吊环，11.水下控制模块上顶板，12.液压母插头，13.液压公插头，14.导向环，15.锥体，16.导向键，17.定位环，18.定位块，19.下密封圈，20.密封压盖，21.支撑管，22.中心管，23.丝母，24.端套，25.上密封圈，26.丝杠，27.导向孔。

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1-4，基座1安装在水下设备上，水下控制模块壳体7、水下控制模块上顶板11、水下控制模块下底板2采用螺栓连接方式组成一个整体。其中水下控制模块上顶板11和水下控制模块下底板2中部设有相应的安装孔，一锁紧轴(由芯轴3、导向环14、锥体15、导向键16、支撑管21、中心管22、丝母23、端套24、丝杠26组成)穿过并安装在该安装孔内，锁紧轴的上端与水下控制模块上顶板11的连接处安装有一个预紧装置(由ROV旋转插孔9和丝杠26组成)，水下控制模块下底板上安装有主轴套5和定位销6，使水下控制模块与基座1准确对接；锁紧轴内部中心管22上从上往下以此安装有芯轴3、锥体15、导向键16、导向环14，在主轴套5上安装有定位块18，通过螺旋传动原理，利用丝杠26和丝母23的相互作用产生一个向下的运动，控制中心管22向下移动，而锥体15利用锥面与定位块18相互作用，从而使定位块18向外移出，滑入基座1上安装在下套筒4内的定位环17内，进而锁紧水下控制模块与基座1。水下控制模块壳体7上还安装有密封装置，密封装置包括：锁紧轴与水下控制模块上顶板11及水下控制模块下底板2之间安装有密封圈25/19、水下控制模块壳体7与水下控制模块上顶板11及水下控制模块下底板2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2上设有数个安装孔，安装孔内安装有数个液压母接头12，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12与基座1上对应的数个液压公接头13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2安放在架子上；

第二步：将数个液压母接头12安装到水下控制模块下底板2上；

第三步：将组装好的锁紧轴用螺钉安装到水下控制模块下底板2上；

第四步：将主轴套5用螺钉安装在水下控制模块下底板2上，并将定位块18安装到主轴套5内；

第五步：将水下控制模块壳体7与水下控制模块上顶板11用螺钉组成一个整体；

第六步：将组装好的水下控制模块壳体7与水下控制模块上顶板11穿过锁紧轴用螺钉安装在水下控制模块下底板2上；

第七步：将吊环体8和吊耳10及ROV旋转插孔9安装到锁紧轴上；

第八步：将定位销6用螺钉安装到水下控制模块下底板2上；

第九步：将基座1放置到架子上；

第十步：将下套筒4用螺钉安装到基座1上；

第十一步：将定位环17用螺钉安装到下套筒4上；

第十二步：将数个液压公接头13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定位销6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2上主套筒5上的导向键16和基座1上下套筒4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12和液压公接头13也同时进行对接。当所有接头对接到位后，水下机器人将机械手插入到水下控制模块上的ROV旋转插孔9内，通过顺时针旋转丝杠26来控制中心管向下运动，进而通过定位块18来锁紧水下控制模块和基座1。

当需要将水下控制模块和基座1解锁时，水下机器人将机械手插入到水下控制模块上的ROV旋转插孔9内，通过逆时针旋转丝杠26来控制中心管向上运动，然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。

本发明采用以下技术方案解决其技术问题：

一种水下静密封对接锁紧机构，其特征在于：一基座、水下控制模块对接主体，其中，基座、水下控制模块上顶板、水下控制模块下底板和水下控制模块中部设有相应的安装孔，一锁紧轴穿过并安装在该安装孔内，锁紧轴的上端与水下控制模块上顶板的连接处安装有一个预紧装置，此预紧装置能够控制锁紧轴的上下移动；锁紧轴的底部沿着水下控制模块下底板向上依次安装有导向键16、锥体15、芯轴3、中心管22、丝母23、丝杠26等；在水下控制模块的下底板上安装有主轴套5、定位块18等；在基座上安装有下套筒4、定位环17等；水下控制模块还安装有一密封装置；

所述的锁紧轴由导向键16、锥体15、芯轴3、中心管22、丝母23、丝杠26等组成一个整体，锁紧轴的丝母与丝杠通过螺旋传动原理来控制锁紧轴的上下移动。

所述的锁紧轴位于支撑管21内，由支撑管21、端套24等构件组成一个整体；在端套24与水下控制模块上顶板处安装有密封圈25，在锁紧轴与水下控制模块下底板处安装有密封圈19，用于防止外界海水进入水下控制模块壳体内。

所述的锁紧轴与水下控制模块的上顶板处安装有一个吊装机构，此机构由吊环10、吊环体8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。

所述的锁紧轴与水下控制模块的上顶板处安装有一个水下机器人(ROV)操作接口，此机构由ROV旋转插孔9、丝杠26及锁紧轴组成一个整体，用于ROV操作水下控制模块的锁紧和解锁。

所述的锁紧轴底部安装有一个锥体15和定位块18，而对应的水下设备的基座上安装有下套筒4、定位环17；锥体15与定位块18相互配合，18定位块又与17定位环相互配合

基座、水下控制模块上顶板、水下控制模块下底板和水下控制模块中部设有相应的安装孔，一锁紧轴穿过病安装在该安装孔内，锁紧轴的上端与水下控制模块上顶板的连接处安装有一个预紧装置，此预紧装置能够控制锁紧轴的上下移动；锁紧轴的底部沿着水下控制模块下底板向上依次安装有导向键16、锥体15、芯轴3、中心管22、丝母23、丝杠26等；在水下控制模块的下底板上安装有主轴套5、定位块18等；在基座上安装有下套筒4、定位环17等；水下控制模块还安装有一密封装置；

所述的锁紧轴由导向键16、锥体15、芯轴3、中心管22、丝母23、丝杠26等组成一个整体，锁紧轴的丝母与丝杠通过螺旋传动原理来控制锁紧轴的上下移动。

所述的锁紧轴位于支撑管21内，由支撑管21、端套24等构件组成一个整体；在端套与水下控制模块上顶板处安装有密封圈25，在锁紧轴与水下控制模块下底板处安装有密封圈19，用于防止外界海水进入水下控制模块壳体内。

所述的锁紧轴与水下控制模块的上顶板处安装有一个吊装机构，此机构由吊环10、吊环体8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。

所述的锁紧轴与水下控制模块的上顶板处安装有一个水下机器人(ROV)操作接口，此机构由ROV旋转插孔9、丝杠26及锁紧轴组成一个整体，用于ROV操作水下控制模块的锁紧和解锁。

所述的锁紧轴底部安装有一个锥体15和定位块18，而对应的水下设备的基座上安装有下套筒4、定位环17；锥体15与定位块18相互配合，定位块18又与定位环17相互配合。

本发明的锁紧轴从水下控制模块上顶盖和下底板中穿过，锁紧轴的上端与水下控制模块上顶盖连接处安装有一个预紧装置，锁紧轴的下端安装有导向机构、锥体和定位块；在对应的水下设备的基座上，安装有一个导向套筒和锁紧装置。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，不仅更加容易导向对中，而且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 (3)

1.水下控制模块的静密封楔块式对接锁紧机构，其特征在于：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，下套筒的内表面设置有定位环，所述基座上设置有液压公插头，水下控制模块对接主体包括壳体和分别安装在壳体上端和下端的上顶板和下底板，所述上顶板上端设置有吊环体，吊环体上安装有吊环，吊环体上还设置有ROV旋转插孔，吊环体的中心位置安装有丝杠，上顶板的中心位置安装有端套，所述丝杠上安装有丝母且丝杠伸入至端套内，所述上顶板与下底板之间安装有支撑管，且所述支撑管与丝杠同轴，所述支撑管内安装中心管，所述中心管的上端与丝母固连、下端固连有芯轴，所述下底板的中心位置安装有主轴套，主轴套的端部设置有堵端，所述芯轴伸入至主轴套内，且芯轴的端部依次固连有锥体和导向环，主轴套内表面分别设置有可移动的定位块和导向槽，所述锥体上设置有与导向槽配合的导向键，所述下底板上还设置有与液压公插头配合的液压母插头，所述丝杠由水下机器人的机械手通过ROV旋转插孔进行驱动。

2.根据权利要求1所述的一种水下控制模块的静密封楔块式对接锁紧机构，其特征在于：所述下底板上还设置有导向销，所述基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静密封楔块式对接锁紧机构，其特征在于：所述定位块的工作状态是与定位环配合，所述定位块的初始状态是等待与锥体配合。