СОЕДИНИТЕЛЬ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ И РАЗЪЕДИНЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ, ТРАНСПОРТИРУЮЩИХ ТЕКУЧУЮ СРЕДУ Российский патент 1995 года по МПК F16L37/00 

Изобретение касается соединителя, используемого для соединения и разъединения трубопроводов, транспортирующих текучую среду, таких как линии трубопроводов и линии потоков, например, используемых для нефти и/или газа, в частности, но не исключительно для подводных местоположений, где, например, необходимо соединять и разъединять такие трубопроводы с и от подводных производственных модулей и трубопроводов.

Известно устройство, принятое в качестве прототипа, в котором описана подводная система соединения, в которой две гидравлические или электрические линии соединяются с двумя соответствующими линиями. Каждая пара линий требует отдельного соединения, состоящего из охватываемой и охватывающей частей, причем защелкивающее устройство управляется с поверхности по линии управления.

Желательно соединять большее число линий. Такое устройство становится сложным и трудным для производства с высокой степенью точности. Все из охватывающих частей должны быть установлены на одной раме, а все из охватываемых частей установлены на другой раме так, чтобы они точно располагались по отношению друг к другу. Кроме того, в этом случае, когда линии транспортируют текучие среды, каждая линия будет требовать отсечного клапана с отдельным механизмом привода, что дорого и снижает надежность системы.

Цель изобретения состоит в создании соединителя, который не только устраняет вышеназванные недостатки соединения/разъединения и потребность во внешних отсечных клапанах, но и также обеспечивает повышенную надежность при стоимости, которая может быть снижена примерно до такой малой величины, как четверть стоимости систем текущих соединителей.

Цель достигается тем, что соединитель выполнен в виде двух муфт, каждая из которых установлена соответственно на поверхности вращения охватывающей и охватываемой частей с возможностью поворотного перемещения на ней между одним крайним положением, соответствующим сообщению упомянутых выше отверстий частей, и другим положением, соответствующим разобщению отверстий, причем соединитель снабжен устройством блокировки, предотвращающим разъединение охватывающей и охватываемой частей в момент сообщения отверстий, вокруг которых установлено уплотнение, защелкивающим механизмом для взаимного зацепления охватывающей и охватываемой частей и создания предопределенного усилия при их соединении и зажимным механизмом для удержания первоначального разделения охватывающей и охватываемой частей для промывки струей жидкости совмещаемых поверхностей перед защелкиванием частей.

На фиг.1 показано одно применение соединителей, выполненных в соответствии с изобретением, в нефтедобывающей системе (установке) в открытом море; на фиг.2, 4- другое применение соединителей в другой нефтепромысловой системе в открытом море; на фиг.3 взаимодействующие охватываемая и охватывающая части соединителя, вид сбоку; на фиг.5 соединитель, вид справа; на фиг.6 сечение А-А на фиг.5; на фиг.7 сечение Б-Б на фиг.6; на фиг.8-11 показаны схематично соединители во время соединения частей, поперечное сечение; на фиг.12 средство соединения.

Нефтепромысловая установка в открытом море включает в себя множество подводных производственных модулей 1, которые раздельно поддерживаются в конструкции 2 морским дном 3 и установлены для сборки, разделения и транспортирования через трубопроводы нефти, газа и воды из нефтяных скважин 5 на поверхностную буровую установку 6 через трубопроводы 7. Для соединения поточных линий с нефтепромысловыми модулями 1, которые могут опускаться или извлекаться из конструкции 2 судном 8, каждый модуль снабжен соединителем 9, который показан на фиг.3-12.

На фиг. 2 показано другое применение соединителя 9, в котором множество подводных промысловых модулей 10 соединено с полупогруженной плавающей платформой 11 с помощью гибких шлангов 12.

Каждый из шлангов 12 соединен на уровне платформы посредством одного из соединителей 9, чтобы образовать быстрое соединение/разъединение трубопроводов от платформы при необходимости. Соединитель 9 является соединителем типа "вилки и гнезда", который содержит взаимодействующие части в виде охватывающей части 13, монтируемой, например, на подводном модуле, и вспомогательной охватываемой части 14, на которой крепится охватывающая часть 13, как показано на фиг.5, причем каждая из охватывающей и охватываемой частей имеет множество отверстий 15 и 16 соответственно. Отверстия 16 предназначены для соединения с трубопроводами (фиг.1), транспортирующими текучую среду, предусмотрено средство для сообщения и разобщения отверстий, образуемое конусными цилиндрическими муфтами 17 и 18 на охватывающей и охватываемой частях соответственно, снабженные соответствующими каналами 19 и 20 для сообщения с соответствующими отверстиями 15 и 16, как показано на фиг.3 и 6, для возможности образования потока текучей среды через сообщающиеся отверстия и тем самым через соединитель 9, и для разобщения отверстий 15 и 16, чтобы остановить поток текучей среды для отверстия 15 и 16 и тем самым через соединитель 9.

Муфты 17 и 18 соединены средством (не показано) для поворотного движения между первым положением, показанным на правых сторонах фиг.5 и 6, при котором соосно выравненные каналы 19 и 20 соосно выравниваются с отверстиями 15 и 16 соответственно, и вторым положением (показанным на левых сторонах фиг.5 и 6), при котором каналы 19 и 20 выходят из соосного положения с соответствующими отверстиями 15 и 16.

Ряд уплотнений, как показано на фиг.5 и 7, предусмотрен между отверстиями 15 и муфтовыми каналами 19 охватывающей части 13 и между отверстиями 16 и муфтовыми каналами 20 охватываемой части 14. Эти уплотнения установлены вокруг отверстий в каждой части 13, 14 и состоят из первичного уплотнения 21 кольцевой формы для удерживания внутреннего давления, вторичного уплотнения 22 также кольцевой формы, чтобы удерживать внешнее давление, и грушеобразных опоясывающих уплотнений 23 для удерживания внутреннего давления во время соосного выравнивания/отклонения от выравнивания каналов с отверстиями. Кольцевые уплотнения 24 также образованы между соосно выравненными каналами двух муфт 17, 18, когда части 13, 14 соединены. Барьерные уплотнения 25 также предусмотрены на каждом конце муфт 17, 18 для предотвращения утечки наружу в результате любого пропускания из других уплотнений и для предотвращения попадания морской воды в случае образования более высокого внешнего давления.

Перед соединением двух частей 13, 14 обе части находятся в закрытом положении, как показано слева на фиг.5 и 6. Охватываемая часть 14, как показано на фиг.8, снабжена блокировкой (не показано) в виде стопорного штифта (также не показан) для обеспечения, чтобы муфта 18 не вращалась при разъединении для открывания отверстий 16. В результате этого разъединение может производиться без протекания текучей среды и муфта будет "блокирована" в безопасности или иначе закреплена в положении "закрытого" отверстия, когда две части разъединены. Во время соединения частей охватывающая часть опускается на охватываемую часть и две части первоначально удерживаются на расстоянии зажимными пальцами 26 зажимного механизма для возможности омывания фильтрованной водой сопряженных поверхностей частей для удаления захваченных частиц песка, грязи и т. д. которые могут помешать герметизации. Когда промывка завершена, приводится в действие устройство 27 блокировки для удерживания в зацепленном друг с другом состоянии частей.

Устройство блокировки содержит кулачковую шайбу 28, предусмотренную на охватывающей части 13, которая вращается для зацепления с лапками 29 защелкивающего механизма 14 на охватываемой части, в то время как также отводятся зажимные пальцы 26 и деблокируется блокировка в охватываемой части. Лапки 29 соединены с тягами 30, которые проходят продольно через охватываемую часть, и, когда кулачковая шайба зацепляется с лапками, стягивает две части 13, 14 вместе. Соединенные части оказываются, как показано на фиг.9, с соосно выравненными каналами 19, 20 вне соосности с отверстиями 15, 16. Соосно выравнивающая и приводная шпонка (не показана) также предусмотрена между двумя муфтами 17, 18 для обеспечения условия, что они всегда могут вращаться вместе для поддерживания соосности каналов 19, 20.

В то время, когда части 13, 14 остаются неподвижными, муфты могут вращаться (поворачиваться), как показано на фиг.10, так что каналы 19, 20 переводятся в соосное положение с отверстиями 15, 16 для образования сообщения отверстий друг с другом, тем самым давая возможность текучей среде течь через соединитель. Во время вращения (поворота) муфт грушеобразные уплотнения 23 обеспечивают условие, при котором герметизация поддерживается между отверстиями и муфтовыми каналами каждой из частей.

На фиг. 11 показано полностью открытое положение, при котором отверстия 15, 16 взаимно сообщаются в результате соосно выравненных каналов 19, 20, и в этом положении кольцевые уплотнения 21 и 24 теперь удерживают все давление и грушеобразные уплотнения 23 не используются.

Устройство блокировки блокируется в этом положении посредством блокировки, показанной в увеличенном масштабе на фиг.12, чтобы предотвратить разъединение двух частей 13 и 14, когда муфты 17 и 18 находятся в открытом (действующем) положении. Блокировка содержит первый подпружиненный штифт 31, который срабатывает в результате вращения/поворота муфт 17, 18, что, в свою очередь, приводит к срабатыванию второго подпружиненного штифта 32, который приводит в действие стяжной штифт 33 для вхождения в контакт с отверстием 34, образованным в кулачковой шайбе 28. В результате это предотвращает кулачковую шайбу 28 от вращения в обратном направлении для отцепления от лапок 29.

Для разъединения двух частей вышеописанный порядок действий реверсируется сначала путем вращения муфт в обратном направлении для разобщения отверстий и деблокировки устройства блокировки и затем путем вращения устройства блокировки для расцепления охватываемой и охватывающей частей. Отверстия двух частей будут открыты одновременно в результате вращения вместе конусных муфт, пока не будут соосно выравнены отверстия и муфтовые каналы после того, как части сцеплены в результате действия последующей блокировки блокирующего устройства. Такое блокирующее устройство является сильным, чтобы выдерживать нагрузки модуля и боковые текущие нагрузки.

Соединитель также содержит систему направления и соосного выравнивания, которая содержит направляющий штырь 35, прикрепленный к охватывающей части 13. Штырь 35 имеет конический конец 36, который крепится во входном конусе в охватываемой части 14 для предотвращения несоосности, когда направляющий штырь вставляется в центральный направляющий проход 37 охватываемой части. Во время вставления винтовая линия 38 ориентации на другом конце направляющего штыря опирается на выравнивающую шпонку 39, которая вращает охватывающую часть, пока шпонка не войдет в свою сопряженную шпоночную канавку 40. Тонкое соосное выравнивание затем достигается с помощью буртика (выступа) 41 и штифта 42 ориентации.

Как показано на фиг.5, отверстия 16 имеют осевые направленные вверх потока участки а и радиальные направленные вниз потока участки b, расположенные под углом 90^о относительно оси охватываемой части 14.

Все функциональные операции, так же как поворот-вращение соединенных муфт 17 и 18, и блокирование открытого и закрытого режимов в основном являются гидравлическими, и такие функции предпочтительно имеют вторичные механические управляющие устройства (не показано) для вмешательства посредством дистанционно функционирующих транспортных средств или дистанционных профилактических систем.

Все уплотнения отверстий и каналов содержат систему впускных/выпускных средств (не показано) для возможности контроля и испытания целостности давления.

Кроме того, охватываемая часть 14 соединителя адаптирована для приема колпачка (заглушки), стойкого к давлению и коррозии на случай длительного разъединения.

Все материалы соединителя выбраны с учетом подводного окружения, транспортируемых по трубам текучих сред и физического манипулирования, чтобы получить соединитель минимальной стоимости с максимальной надежностью.

Конструкция соединителя дает возможность включать его в разные дистанционно управляемые модульные системы. Кроме того, вместо цилиндрических муфт 17 и 18 могут использоваться два поворотных диска с каналами, каналы которых соосно выравниваются и смещаются относительно аксиально расположенных отверстий в охватываемой и охватывающей частях.

Использование: для соединения и разъединения трубопроводов, транспортирующих текущую среду. Сущность изобретения: средство для сообщения и разобщения отверстий охватываемой и охватывающей частей выполнено в виде двух муфт. Каждая муфта установлена соответсвенно на поверхности вращения охватывающей и охватываемой частей с возможностью поворотного перемещения на ней между одним крайним положением, соответсвующим сообщению отверстий частей, и другим положением, соотвествующим разобщению этих отверстий. Устройство блокировки предотвращает разъединение частей в момент сообщения отверстий. Защелкивающий механизм предназначен для взаимного зацепления частей и создания предопределенного усилия для их соединения. Зажимной механизм для удержания первоначального разделения частей предназначен для промывки струей жидкости совмещаемых поверхностей перед защелкиванием частей. 8 з. п. ф-лы, 12 ил.

1. СОЕДИНИТЕЛЬ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ И РАЗЪЕДИНЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ, ТРАНСПОРТИРУЮЩИХ ТЕКУЧУЮ СРЕДУ, содержащий охватывающую часть с множеством отверстий, каждое из которых одним концом сообщено с трубопроводом текучей среды, а другой выведен на поверхность вращения вокруг центральной оси охватывающей части, охватываемую часть, соединяемую с охватывающей частью и имеющую множество отверстий, сообщенных одним концом с другим трубопроводом текучей среды, а другой их конец выведен на поверхность вращения вокруг центральной оси охватываемой части, причем центральные оси охватывающей и охватываемой частей при их соединении совпадают, и средство для сообщения и разобщения отверстий охватываемой и охватывающей частей, отличающийся тем, что указанное средство выполнено в виде двух муфт, каждая из которых установлена соответственно на поверхности вращения охватывающей и охватываемой частей с возможностью поворотного перемещения на ней между одним крайним положением, соответствующим сообщению упомянутых отверстий частей, и другим положением, соответствующим разобщению этих отверстий, причем соединитель снабжен устройством блокировки, предотвращающим разъединение охватывающей и охватываемой частей в момент сообщения отверстий, защелкивающим механизмом для взаимного зацепления охватывающей и охватываемой частей и создания определенного усилия для их соединения и зажимным механизмом для удержания первоначального разделения охватывающей и охватываемой частей для промывки струей жидкости совмещаемых поверхностей перед защелкиванием частей. 2. Соединитель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен устройством взаимозацеплением между муфтами для препятствия муфтам перемещаться согласованно в момент их соединения. 3. Соединитель по п.2, отличающийся тем, что в муфте выполнены каналы, причем в одном крайнем положении каналы муфт совмещены попарно с соответствующими отверстиями охватывающей и охватываемой частей для прохода текучей среды, а в другом крайнем положении каналы остаются попарно совмещенными, но разобщенными с соответствующими отверстиями. 4. Соединитель по п.3, отличающийся тем, что на охватывающей и охватываемой частях между каждым отверстием и каналом муфты установлено уплотнение. 5. Соединитель по п.1, отличающийся тем, что уплотнение выполнено грушеобразной формы в направлении поворотного перемещения муфт для герметизации вокруг отверстий охватывающей и охватываемой частей и каналов муфт в их разобщенном положении. 6. Соединитель по п.1, отличающийся тем, что защелкивающий механизм выполнен в виде лапок на охватываемой части и выступов в форме кулачка на охватывающей части, входящих при соединении частей путем поворота в зацепление с лапками, которые находятся под натяжением для создания усилия натяжения при стягивании двух частей. 7. Соединитель по п.6, отличающийся тем, что в охватываемой части установлены натяжные стержни, соединенные с лапками для их натяжения. 8. Соединитель по п.1, отличающийся тем, что устройство блокировки соединено с устройством для сообщения и разобщения охватывающей и охватываемой частей для приведения в действие его поворотом. 9. Соединитель по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность муфты охватываемой части выполнена конически сужающейся и входит в зацепление с конически расширяющейся поверхностью муфты охватывающей части.