CN1201510A - 流体旋转连接器 - Google Patents

Abstract

一种用于连接运送高压生产流体的管道的流体流动连接器,该装置包括一个承载其中一个管道的一个连接端的第一构件(1),一个承载其中另一个管道的一个连接端的第二构件(2),该第一和第二构件可彼此相对地活动,其中第一连接件具有:一个中心芯件(1),它具有许多个在其中纵向形成的孔(31);和许多个在芯件径向上形成的通道(32),每个径向通道与一个相应的纵向孔连通,许多个在连接件间形成的环形沟道(3),每个环行沟道对中心芯件中的一个相应径向通道提供一个流体流动路径,和用于密封该或每个环形沟道的装置(37),防止高压生产流体的泄漏,其中密封装置包括:一个由压差驱动的密封件,和用于将一种阻挡层流体供给密封件侧面的装置、该阻挡层流体远离生产流体的流动。

Description

流体旋转连接器

发明领域

本发明涉及一种流体流动连接器，特别涉及高压用的流体旋转连接器。

这类连接器例如在将石油或天然气从海上钻井装置输送到运输船或贮存船上时是必需的。

各连接器可以是承载一个从海底抽取点中出来的提升管的浮筒的一部分，一条运油船连接到该浮筒上以装载石油或天然气。另外该连接器可以固定在运输船的甲板上。也可能连接器的一部分通常装在船上，并在适当时候松脱式连接到浮筒中的另一部分上。

对这类应用来说，连接器的各部分之间的相对运动是很重要的，以便船和提升管在强风、大波浪或有影响的水流中进行相对运动。

一种相对旋转能力特别有利，并且连接器可以形成一种管道之间的旋转接合。当然，在保证各相应流体管道的端部正确而精确的对准并在密封管道接合防止泄漏方面，这一种旋转接合还存在一些困难。

发明背景

从美国专利US 4 828292中已知一种这样的流动连接器，该连接器包括两个同心的空心圆筒形部件，这两个部件可彼此相对地旋转，并具有协同操作对齐的环形沟槽，以在连接器内形成圆周通道，该圆周通道由两个圆筒形部件的内壁限定。在合适时将进入管和排出管焊接到内或外圆筒形部件上，并与该环形圆周通道连接。这样，即使在两个部件旋转运动时，进入管和排出管都始终通过该环形通道连通。各环形圈密封机构安装在通道的每一边上，并可以通过一种阻挡层流体加压。

然而，这种已知的设计要制成具有足够精确的公差很困难并且成本太高，尤其在高压下和油气生产设施在恶劣的环境中，这些焊好的接合部易于损坏，并且它一旦制成后是一种永久结构，亦即对于例行的维护修理它也不容易连接和断开。

发明公开内容

因此，本发明提供一种装置，用于连接承载高压生产流体的管道，以便供承载管道的相应连接端的两个构件之间相对运动用，其中：

连接构件之一包括一个中心芯件，该中心芯件具有许多个在其中纵向形成的孔，和

许多个由该芯件沿径向形成的通道，每个径向通道与一个相应的纵向孔连通，该装置包括：

许多个在连接构件之间形成的环形通道，每个环形通道都提供一个流体流动路径，通往中心芯件内的相应径向通道；

以及用于密封该环形通道或每个环形通道防止高压生产流体泄漏的装置，该密封装置包括一个由差压驱动的密封件和一个对远离生产流体流动的密封件的侧面供给阻挡层流体的机构。

一种按照本发明的装置比已知连接器更灵活多用并且更可靠。

最好是密封件的一侧承受在管道中流动的高压生产流体的压力，而该密封件的另一侧承受阻挡层流体，该阻挡层流体以高于在管道中流动的生产流体的压力供给。

在一个优选实施例中，在中心芯件的顶部和底部区域设置了附加的环境密封件(environment seals)。

各纵向孔可以在芯件的一个圈中形成，并且两个这样的孔可以流动或连接到每个径向通道上。

该装置最好使用如在专利申请人的共同待批同时申请的专利申请题目为“密封装置”中所述和图解说明的一种密封装置并参照FD37/PL77262GB。

本发明的一个特别优选的实施例提供一个内芯元件和一个外芯元件，它们具有在相应元件中形成的独立的孔，内芯元件纵向延伸到外芯元件的外面，并用另一个较小直径的套筒连接件连接到用于外芯件的套筒连接件上。

这样改善了连接器同时而独立地承载许多不同流体的能力，因为它为在中心芯件中设置大量孔提供了可能性。另外可以更容易地制造许多不同直径的孔用于不同的流体流动。较小直径的孔一般供高压流体管道用。

本发明的另一个实施例提供一个大直径的下面轴套式连接器和一个小直径的上面轴套式连接器，该小直径的轴套式连接器可以堆叠在大直径的连接器上。该下面的大直径连接器具有一个空心的中心部分，各管子通过该中心部分插入，以与上面的小直径连接器中的孔连接。这个实施例节约了材料，因此成本较低。不同直径的轴套式连接器可以很容易相互堆叠在对方顶部，以提供一种积木化的设计，或者可以按照特定目的的需要独立地使用各连接器。

同时参考专利申请人的共同待批并同时申请的专利申请号95 22 327.7题目为“高压流体连接器”和专利申请号95 22 340.0题目为“用于流体连接器的监控系统”。这些专利申请的内容合并参考于此。

为了更好地理解本发明并表明如何可以实施本发明，现在参照附图进行说明。

附图的简要说明

图1以剖面图和立面图形式示出按照本发明的一种流体连接器的一个实施例。

图2是贯穿图1的流体连接器的横截面，它图示出在中心芯件中设置各孔的一个例子。

图3是按照本发明的一种流体连接器的第二实施例的局部剖面图。

图4是沿着图3中线IV-IV贯穿图3的流体连接器的横截面。

图5是按照本发明的一种流体连接器的第三实施例的剖面图。

图6是图5的局部放大图。

附图详细说明

图1例示一种高压流体连接器。在图1的左半部示出一个剖面图。在该剖面图中，采用方向相反的剖面线来表示该连接器的各部件，这些部件可彼此相对地旋转。因此一个轴套件1用从左向右上升的剖面线表示，而一个套筒件2用从右向左下降的剖面线表示。轴套件1一般保持固定，例如固定在一条贮藏船或运输船上，通过连接器将石油或天然气泵送到该船上。

轴套芯件1具有一些轴向孔31，该轴向孔31将芯元件1中的径向通路32连接到套筒件2中的流体管道33上。这些流体管道与轴套件1中的径向通路32的接合部形成为环形沟槽3。这样，两个构件1和2的相对旋转就不影响它们二者之间的流体连接。

各流体管道和通路之间的这个接合部用分别在每个接合部的上面和下面并与环形沟槽同轴的过压双密封装置密封。这些密封装置一般以37表示，并在专利申请人的共同待批并同时申请的英国专利号95 22 326.9题目为“密封装置”中更详细地说明。

这一种密封装置包括两对唇形密封件，每个唇形密封件都具有U形横截面，并由施加到密封圈开口侧的一种高压阻挡层流体驱动。该阻挡层流体在一个比管道中生产流体的压力高的压力下被供给，并对该密封件提供一种润滑作用，以便于构件1和2的相对旋转而不损坏该密封件。

这样一种密封装置设置在每个环形沟槽3的上方和下方。

在流体连接器的顶部和底部处分别设置一个环境密封件34、35，该环境密封件34、35对着环境(它通常但不一定是必须处于环境压力下)密封一组运送流体的管道。该环境密封件也包括一对间隔开的由压差驱动的U形密封件。

在图1所示的实施例中，芯元件1包括一个在套筒件2上方纵向延伸的附加的延长部分38，并具有一个较小的直径。这个延长部分38以与有关第一套筒件2和芯件1的主要部分所述相同的方式同第二套筒件39连接。也就是说，设置了密封装置37和环境密封件34、35。这一种较窄直径的芯延伸部分对特别高压力的流体流动是有用的。

在后面参照图3所述的另一个实施例中，该芯件延长部分38可以形成为一个分开的内芯元件，该内芯元件同轴式装配在外芯元件1中。

图2是图1的横截面，它示出排列成同心环的沿轴向的孔31。

孔31的外环一次将两个孔连接到径向通路32上。

内环的每个轴向孔31a连接到一个相应的径向通路32a上。这些通路用虚线表示，以表明它们不处于图2视图的平面中。

芯件1中的一个中心轴向孔40安装用于连接器和管线的电线41(见图1)和/或其它支承线和电源线。

图3示出一种与图1中装置不同的可供选择的装置，这里该装置除了轴套式芯件1由一个内芯件42和一个外芯件43构成外，其余部分与图1的装置相同。所有其它的部件都用相同的标号表示。采用一种以这种方法剖开的轴套式芯件是有利的，因为它便于更容易地制造连接器。

图4是沿着图3中线IV-IV的横截面。这清楚地示出外芯件43中的轴向管道31成对地与径向通路32连通。

内芯件42具有轴向孔31a，它们的直径比外芯件中的孔直径要小。这些孔31a或对地与径向通路32a连通用于流体连接。每一组轴向孔都安排成一圈。

设置中心孔40以安装电源线或其它的使用线。

图5示出一个下面的大直径轴套式连接器56，该连接器56具有一个堆叠在其顶部的上面的小直径连接器57，每个连接器都具有一个空心的中心部分59。

这些轴套式连接器(56，57)其中每一个都具有用于流体输送的纵向孔，这些纵向孔与协同操作的套筒件中各相应的径向通路、环形沟槽和管道连接，如上面参照图1和图3所已经说明的那样。下面连接器56的孔和通路在图5中未示出。上面连接器57的孔31连接到管子58上、该管子58位于下面连接器56的空心中心部分59中。密封件60设置在孔31和管子58二者的接合处，并且这些密封件60可以是各种已知构造中的任何一种。

上面连接器57也具有一个空心的中心部分61。上面连接器57和下面连接器56每个都具有一个实心的芯件环绕它们的空心中心，穿过该实心的芯件钻纵向孔用于流体的输送。

上面和下面的轴套式连接器每个都具有分开的协同操作的套筒连接器。在图5中，下面的套筒连接器未示出，但上面的套筒连接器以62表示。

轴套式部件和套筒部件之间运送流体管道的接合部用一种与用于图1和图3的实施例中所述系统相同的方式密封，并且该系统也在专利申请人的共同待批并同时申请的专利申请号95 22 326.9题目为“密封装置”中进行了说明。然而，在图5中，采用了一种不同的部件装置，并且该装置在图6中以较大的比例示出，图6是贯穿一个流体管道接合部的一部分的横截面。

现在将参照图5和6详细说明在这个接合部处的各部件装置。

在图5的实施例中，环形沟槽3在套筒件2和键形件63之间形成，该键形件63用螺栓64固定到轴套件57的芯件上。这使轴套件57制造更简单，并且在这些较小的单个部件中更容易达到对流体管道所要求的公差。

上面和下面的每个环形沟槽都是一种双密封装置，在相应沟槽中每个双密封装置都包括一个第一级密封圈8，9和一个第二级密封圈12、13。这些密封圈是具有U形横截面的唇形密封件。它们被安排成具有张开的臂，这些臂背对由环形沟槽3限定的流体路线。在这个实施例中，这与上述实施例的装置相反，是沿径向在连接器之内，在上述实施例中各臂是沿径向向外的(但仍然离开流体路径)。

这些密封圈密封生产流体防止在沟槽3下面的相对活动的表面4、5之间和上面的表面6、7之间的间隙中泄漏。因此将它们称之为动态密封件。它们由加压的阻挡层流体驱动，该阻挡层流体通过沟道44施加到开口侧，以产生一个压力差。

设置滚柱轴承65以协助表面4和5之间及表面6和7之间的相对运动。滑动轴承或滚轴承66协助对置的垂直表面之间的运动。

静密封件28包括O形圈19和垫片20，该静密封件28也在如所示的连接器中使用，但这些静密封件28也在彼此具有固定关系的表面之间使用。这些静密封件可以另外包括U形唇形密封件，该U形唇形密封件被通过钻好的连通沟道供给的阻挡层流体加压，该阻挡层流体通过钻好的连通沟道供给。

环境密封件34、35安装在连接器的每个部分的上方和下方。

Claims (13)

1.一种装置，用于连接运送高压生产流体的管道，以便承载该管道相应连接端的两个构件之间能相对运动，该装置包括：

多个连接件中的第一连接件，该第一连接件包括一个中心芯件，该中心芯件具有许多个在其中纵向形成的孔；和

许多个在芯件的径向上形成的通道，每个径向通道与一个相应的纵向孔连通，

许多个在各连接件之间形成的环形通道，每个环形通道对中心芯件中一个相应的径向通道提供一个流体流动路线，

及用于密封该环形通道或每个环形通道的装置，防止高压生产流体泄漏，该密封装置包括一个由差压驱动的密封件和一个将一个阻挡层流体供给到密封件侧面的机构，该阻挡层流体供给机构远离生产流体的流动。

2.一种如权利要求1中所述的装置，其中密封件的一侧经受在管道中流动的高压生产流体的压力，而该密封件的另一侧经受阻挡层流体，该阻挡层流体在此管道中流动的生产流体的压力高的压力下供给。

3.一种如权利要求1或权利要求2中所述的装置，在中心芯件的顶部和底部区域还包括附加的环境密封件。

4.一种如前述任一项权利要求中所述的装置，其中各纵向孔在芯件内一个同心式圈中形成。

5.一种如前述任一项权利要求中所述的装置，其中两个纵向孔与每个径向通道流体式连通。

6.一种如前述任一项权利要求中所述的装置，其中密封装置包括两个密封件，这两个密封件安装在各构件的每对相对活动的表面之间。

7.一种如前述任一项权利要求中所述的装置，其中中心芯件包括彼此同心式安装的一个内芯元件和一个外芯元件，相对于生产流体的流动，第一芯元件的各孔和径向通道与第二芯元件的各孔和径向通道无关。

8.一种如权利要求7中所述的装置，其中内芯元件沿纵向延伸到外芯元件的外面，并且设置两个不同直径的第二连接件，以分别与内芯元件和外芯元件连接。

9.一种按照前述任一项权利要求所述的装置，其中中心芯件用不锈钢制成。

10.一种如前述任一项权利要求所述的装置，其中中心芯件具有一个沿轴向穿过其延伸的空心部分。

11.一种如权利要求10中所述的装置，另外其中一个附加的第一连接件具有比该第一连接件直径小的直径，该附加的第一连接件在其中堆叠，以便该附加件的纵向孔与该第一连接件的空心部分流体式连通。

12.一种如权利要求11中所述的装置，包括在空心部分中的管子，这些管子液压式连接到附加的第一连接件的各孔上。

13.一种如权利要求10或11或12中所述的装置，包括许多个第一连接件和协同操作的具有不同直径的第二连接件，这些连接件可以堆叠在一起使用，或者可彼此独立地使用。

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