СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ Российский патент 2012 года по МПК H01R13/523 

Настоящее изобретение относится к соединительным узлам, предназначенным для соединения электрических кабелей к морским подводным трубопроводам и/или их отсоединения к соответствующим способам. Такой соединительный узел содержит установленный на поверхности трубопровода охватывающий конический элемент, установленный на конце силового кабеля ответный охватываемый конический элемент и болтовое стягивающее средство, предназначенное для обеспечения контакта между охватывающим и охватываемым коническими элементами.

Целью соединительного узла является выполнение быстрого и безопасного подсоединения силового электрического кабеля к трубопроводу и отсоединения его от трубопровода с использованием подвижного дистанционно управляемого аппарата (ПДУА) или, возможно, подвижного дистанционно управляемого рабочего аппарата (ПДУРА). После подсоединения кабеля в трубопровод будет подан ток величиной, например, около 3000 ампер с целью, в частности, для его прямого электрического нагрева.

В патенте Великобритании №2357910 раскрыта коническая система, содержащая элементы, по существу, подобные вышеупомянутым, или, более точно, в ней раскрывается ремонтная концепция подсоединения вспомогательного кабеля (однопроводного) к уже установленной на трубопроводе подсоединительной пластине. Это выполняется протяжкой кабеля через соединительную пластину с использованием тянущего троса, который после окончания установки кабеля обрезается. Такой ремонтный кабель больше отсоединен быть не может, то есть это - постоянное соединение, не используемое для временного подсоединения, поскольку отсоединение его при этом невозможно. Существующие высоковольтные соединители имеют слишком большие размеры, и для выполнения стыковки им требуются такой же большой специальный инструмент с полозом.

Особый интерес в связи с настоящим изобретением представляет непродолжительное или кратковременное подсоединение силового электрического кабеля к трубопроводу (обычно на 14 дней). Такой кабель (как правило, одножильный) должен подаваться с судна, он может подсоединяться к заранее установленной соединительной пластине и отсоединяться от нее. Эта операция выполняется с помощью ПДУА (или ПДУРА) насколько возможно быстро и просто. Следует заметить, что временный нагрев трубопроводов с использованием источника энергии и кабельной установки с корабля ранее никогда не производился.

Целью настоящего изобретения является использование принципиально известного самого по себе соединения типа штырь-розетка, выполняемого с помощью аппаратов ПДУА или ПДУРА, и внедрение новаторской и специальной концепции с применением гибкого конического соединения, устанавливаемого с использованием поворотного элемента болт-штырь, скрепляемого с помощью аппаратов ПДУА или ПДУРА.

В вышеуказанном соединительном узле отличительные признаки, главным образом, характеризуются тем, что стягивающее средство содержит первый штыревой элемент, адаптированный для приема его первым гнездом в охватывающем коническом элементе, имеющим отверстие, направленное в сторону, противоположную от конуса охватывающего конического элемента, предназначенное для приема первого штыревого элемента, при этом первый штыревой элемент имеет стягивающий болт, внутренний конец которого способен зацепляться с охватываемым коническим элементом, а его внешний конец доступен для выполнения операций подсоединения-отсоединения.

Дополнительные отличия изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения, относящихся как к соединительному узлу, так и к соответствующему способу.

Вышеуказанные цели, отличия и преимущества настоящего изобретения будут более понятными из изложенного далее подробного описания предпочтительных вариантов его исполнения, проиллюстрированных сопроводительными чертежами, на которых изображено следующее:

фиг.1 схематически представляет собой осевое сечение соединительного узла "кабель-трубопровод" в соответствии с вариантом настоящего изобретения;

фиг.2 схематически показывает последовательность стадий способа соединения с помощью соединительного узла, показанного на фиг.1.

На фиг.1 показан силовой электрический кабель 1, содержащий, например, одножильный проводник, на который надет охватываемый конический элемент 5. Вокруг конического элемента 5 расположен главный (или второй) штыревой элемент 3, входящий в гнездо 4, которое составляет стыковочную станцию для данного штыревого элемента. Стыковочное гнездо 4 поддерживается соединительной пластиной 2, приваренной или прикрепленной к поверхности трубопровода 8 иным способом.

Для надежного размещения штыревого элемента 3 в гнезде 4 предусмотрен шариковый запорный механизм, шарики 13 которого установлены с возможностью входа в выполненный по окружности паз 15, что само по себе является хорошо известным. Отличие данной конструкции заключается в том, что паз 15 имеет несколько удлиненную форму в осевом направлении. Таким образом, штыревой элемент 3, вставленный в гнездо 4, имеет некоторую степень свободы его перемещения в продольном направлении относительно этого гнезда.

К соединительной пластине 2 приварен также охватывающий конический элемент 6, имеющий ответную форму относительно охватываемого конического элемента 5. В показанном исполнении охватывающий конический элемент/гнездо 6 проходит через пластину 2, в то время как гнездо 4 упирается в пластину 2. При такой конструкции или таком относительном взаимном расположении основных элементов соединительного узла все элементы расположены очень близко к соединительной пластине 2 и жестко с ней связаны.

Конец охватываемого конического элемента 5 имеет рифленую контактную поверхность 5а для обеспечения хорошего электрического контакта с охватывающим коническим элементом 6. Это увеличивающее электрический контакт рифление может иметь форму насечки, выполненной на поверхность охватываемого либо охватывающего конического элемента.

Элементов, установленных на трубопроводе 8, таких как соединительная пластина 2, стыковочное гнездо 4, гнездо или охватывающий конический элемент 6, - мало, и они не содержат каких-либо подвижных частей. Их конструкция предусматривает возможность их быстрой чистки и защиту крышками. Эти элементы могут быть покрыты тепловой изоляцией для минимизации потерь тепла трубопровода.

Части соединительного узла, которые для образования электрического соединения в соответствии с вышеприведенным пояснением, являются подвижными, расположены на одной стороне охватываемого конического элемента 5 вместе с его основным (или вторым) штыревым элементом 3, а на другой его стороне расположено стягивающее средство, устанавливающее и поддерживающее надежный электрический (и механический) контакт между охватывающим и охватываемым элементами.

Стягивающее средство 70 содержат вспомогательный (или первый) штыревой элемент 7, который входит в гнездо 16 со стороны внешнего или заднего конца охватывающего конического элемента 6. По центру штыревого элемента 7 вставлен осевой болт 7а, обеспечивающий стягивание. Внутренний конец 7с болта 7а имеет резьбу и выполнен с возможностью навинчивания этой внутренней резьбы на конец охватываемого конического элемента 5. Для обеспечения возможности вращения болта 7а его внешний конец 7b доступен с внешней стороны штыревого элемента 7.

Как показано на фиг.1, в первом штыревом элементе 7 выполнена центральная полость 9, в которую вставлена сжатая пружина 17, обеспечивающая болту 7а вместе с упорным элементом 18 упругость в продольном направлении. Это сделано для того, чтобы внутренний конец (7с) болта был, в частности, менее подвержен ударам и повреждениям во время установки узла до ввинчивания этого конца в охватываемый конический элемент 5.

Как и второй штыревой элемент 3, первый штыревой элемент 7 оборудован шариковым запорным механизмом 19/20, для обеспечения степени свободы данному элементу относительно охватывающего конического элемента 6 до его стягивания, как описано ранее. Каждый штыревой элемент 3, 7 имеет соответственно ручки 23 и 27 ПДУА.

Обычно охватываемый конический элемент 5 выполняется из меди, а охватывающий конический элемент 6 - из стали. Такой выбор материалов определяется, главным образом, условиями нахождения трубопровода в морской воде, которая отрицательно воздействует на элементы конструкции. Надежность данного механизма очень важна, особенно это касается элементов конструкции, уже установленных на трубопроводе: при практической реализации данного узла необходимо ориентироваться на его приблизительный проектный срок службы под водой на глубине примерно от 550 до 850 метров около 50 лет.

Иллюстрация стадий способа установки электрического кабеля 1 на трубопроводе 8 производится со ссылками на фиг.2.

На стадии 1 ПДУА или ПДУРА с помощью своего рычага-манипулятора и захвата 50 захватывает охватываемый конический элемент 5 со штыревым элементом 3, который вместе с подсоединенным к нему кабелем 1 опущен с судна снабжения (не показано) на морское дно рядом с трубопроводом 8 и соединительной пластиной 2. Конец кабеля 1 со штыревым элементом 3 удерживается над морским дном с помощью связанных с кабелем плавучих буйков 100. Из этого положения ПДУА или ПДУРА направляет охватываемый конический элемент 5/ штыревой элемент 3 в стыковочное гнездо 4 на соединительной пластине 2. После этого штыревой элемент с помощью запорных устройств 13/15 автоматически запирается в стыковочном гнезде описанным ранее образом.

На стадии 2 тот же самый или другой ПДУА или ПДУРА теперь с помощью ручки 27 захватывает штыревой элемент 7 со стягивающим средством 70 и вставляет его в гнездо 16 охватывающего конического элемента 6 со стороны, противоположной конусу 12, с самозапорным механизмом 19/20 для временного соединения элементов.

На стадии 3, для установления надежного контакта между охватываемым и охватывающим коническими элементами тот же самый или другой ПДУА или ПДУРА с помощью своего захвата 50 или кого-либо специального инструмента, захватив внешний конец 7b болта, начинает проворачивать болт 7а, чтобы ввернуть его в охватываемый конический элемент 5, тем самым стягивая между собой две части в положение, показанное на фиг.1.

Для разъединения электрического соединения, образованного в соответствии с вышеуказанными стадиями, ПДУА или ПДУРА, находящийся в положении шага 3 (фиг.2), должен отвернуть элемент 7а, чтобы развинтить охватывающий и охватываемый элементы 6 и 5. При выполнении этой операции следует помнить, что конус/штырь 5/3 имеет степень свободы в продольном направлении относительно стыковочного гнезда 4 для облегчения взаимного освобождения конусов.

После этого, находясь в положении, соответствующем шагу 1 или 2, ПДУА или ПДУРА может вытащить на себя конус/штырь 5/3, а также кабель 1. Для разъединения конусов аппарат ПДУА или ПДУРА может прилагать большой крутящий момент. Вообще, понятно, что последовательность операций для разъединения электрического соединения должна соответствовать обратному порядку вышеуказанных шагов 1, 2, 3.

В контексте прямого электрического нагрева операция подобного соединения-разъединения кабеля, выполняемая аппаратом ПДУА на противоположном конце ПЭН-кабеля в удаленной точке трубопровода, является нормальной процедурой.

Настоящее изобретение предлагает решения, обеспечивающие определенные преимущества для выполнения временного нагрева трубопроводов, когда по окончании использования ПЭН-кабель предполагается отсоединять. Описанные решения по манипуляции парой «штыревой элемент - гнездо» с помощью аппаратов ПДУА или ПДУРА наряду с новой конструкцией конических элементов и средства стягивания представляют новую концепцию быстрого подсоединения силовых электрических кабелей к трубопроводам и их отсоединения.

Изобретение относится к соединительным узлам для соединения силового электрического кабеля (1) к подводному морскому трубопроводу (8) и/или отсоединения его от него, в частности для прямого электрического нагрева. Соединительный узел содержит охватывающий конический элемент (6), прикрепленный к соединительной пластине (2) на поверхности трубопровода (8), ответный охватываемый конический элемент (5), закрепленный на конце силового кабеля (1), и болтовое стягивающее средство (70) для обеспечения контакта между охватывающим коническим элементом (6) и охватываемым коническим элементом (5). Стягивающее средство (70) включает в себя первый штыревой элемент (7), выполненный с возможностью входа в первое гнездо (16) охватывающего конического элемента (6), имеющее отверстие, направленное в сторону, противоположную направлению конуса (12) охватывающего конического элемента (6) и предназначенное для размещения первого штыревого элемента (7), при этом первый штыревой элемент (7) имеет стягивающий болт (7а), внутренний конец (7с) которого выполнен с возможностью зацепления с охватываемым коническим элементом (5), а внешний конец (7b) которого доступен для выполнения операций соединения-разъединения. Изобретение обеспечивает быстрое и безопасное подсоединение кабеля к трубопроводу и/или отсоединение его. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Соединительный узел для соединения силового электрического кабеля (1) с подводным морским трубопроводом (8) и его отсоединения, в частности, для прямого электрического нагрева, содержащий охватывающий конический элемент (6), прикрепленный к соединительной пластине (2) на поверхности трубопровода (8), ответный охватываемый конический элемент (5), закрепленный на конце силового кабеля (1), и болтовое стягивающее средство (70) для обеспечения контакта между охватывающим коническим элементом (6) и охватываемым коническим элементом (5), отличающийся тем, что стягивающее средство (70) включает в себя первый штыревой элемент (7), способный входить в первое гнездо (16) охватывающего конического элемента (6), имеющее отверстие, направленное в сторону, противоположную направлению конуса (12) охватывающего конического элемента (6) и предназначенное для размещения первого штыревого элемента (7), при этом первый штыревой элемент (7) имеет стягивающий болт (7а), внутренний конец которого способен зацепляться с охватываемым коническим элементом (5), а внешний конец которого доступен для выполнения операций соединения-разъединения.

2. Узел по п.1, отличающийся тем, что первое гнездо (16) расположено коаксиально с конусом (12) охватывающего конического элемента (6), а стягивающий болт (7а) расположен в центре первого штыревого элемента (7).

3. Узел по п.1 или 2, отличающийся тем, что резьбовая часть (7с) стягивающего болта (7а) способна навинчиваться на ответную резьбу в охватываемом коническом элементе (5).

4. Узел по п.1 или 2, отличающийся тем, что центральная полость в первом штыревом элементе (7) содержит пружину (17) аксиального сжатия, взаимодействующую с упорным элементом (18), расположенным в средней части стягивающего болта (7а), для обеспечения упругости болта в продольном направлении.

5. Узел по п.1 или 2, отличающийся тем, что второй штыревой элемент (3) установлен на охватываемом коническом элементе (5) и способен входить во второе гнездо (4), поддерживаемое пластиной (2) на поверхности трубопровода (8).

6. Узел по п.1, отличающийся тем, что первый и второй штыревые элементы (7), (3) оборудованы шариковыми запорными механизмами (19), (20)/(13), (15), в которых выполненные под шарики пазы (20), (15) имеют форму, несколько удлиненную в осевом направлении этих штыревых элементов, для обеспечения каждому штыревому элементу упругости в осевом направлении при вводе его в соответствующее гнездо.

7. Узел по п.1 или 2, отличающийся тем, что контактная поверхность внутреннего конца охватываемого конического элемента (5) снабжена насечкой или шероховатостью (5а) для улучшения электрического контакта.

8. Узел по п.1 или 2, отличающийся тем, что первый и второй штыревые элементы (7), (3) оборудованы ручками (27), (23) подвижного дистанционного управляемого аппарата (ПДУА) или подвижного дистанционного управляемого рабочего аппарата (ПДУРА) для обеспечения взаимодействия с указанными аппаратами.

9. Способ соединения электрического силового кабеля (1) с морским подводным трубопроводом (8) с использованием соединительного узла, содержащего установленный на поверхности трубопровода охватывающий конический элемент (6), ответный охватываемый конический элемент (5), прикрепленный к концу электрического силового кабеля (1), и болтовое стягивающее средство (70) для обеспечения контакта между охватывающим коническим элементом (6) и охватываемым коническим элементом (5), отличающийся тем, что содержит следующие стадии:
захват ПДУА или ПДУРА захватом (50) главного (или второго) штыревого элемента (3), включающего охватываемый конический элемент (5), и введение охватываемого конического элемента (5) в конус (12) охватывающего конического элемента (6),
захват ПДУА или ПДУРА захватом (50) вспомогательного (или первого) штыревого элемента (7), входящего в стягивающее средство (70), и введение вспомогательного (или первого) штыревого элемента в гнездо (16) охватывающего конического элемента (6) со стороны, противоположной конусу (12) охватывающего конического элемента;
манипуляция ПДУА или ПДУРА стягивающим средством (70) для обеспечения контакта между охватывающим коническим элементом (6) и охватываемым коническим элементом (5).

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что все вышеуказанные стадии выполняются одним и тем же аппаратом ПДУА или ПДУРА.