УЗЕЛ ЦАНГОВОГО СОЕДИНЕНИЯ ШТУЦЕРНОГО МОДУЛЯ И ФОНТАННОЙ АРМАТУРЫ Российский патент 2020 года по МПК F16L21/06 F16L37/12 F16L37/62 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Предлагаемое изобретение относится к нефтегазовой отрасли. В частности, к узлу соединения цангового типа втулок штуцерного модуля и фонтанной арматуры в оборудовании для подводной добычи углеводородов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники известны различные узлы соединения для трубопроводов и труб. Узлы цангового соединения, включающие гидравлические цилиндры, достаточно широко распространены.

В частности, из уровня техники известен источник GB 2186043, раскрывающий узел соединения цангового типа, содержащий цангу, имеющую множество цанговых сегментов, кулачковое кольцо для приведения и фиксации цанги в закрытом положении. Опускание кулачкового кольца для фиксации сегментов цанги обеспечено благодаря множеству гидроцилиндров. Недостатком является сложность демонтажа множества гидроцилиндров для обеспечения доступа к остальным деталям узла соединения.

Из уровня техники известен соединительный узел согласно источнику US 9970582, включающий множество цанговых сегментов и оправку, выполненное с возможностью перемещения цанговых сегментов в радиальном направлении к оси соединяемых труб, при этом средства для приведения в действие кулачкового кольца представляют собой гидроцилиндры, выполненные с возможностью легкого демонтажа в случае необходимости, указанном известном техническом решении использованы гидроцилиндры, выполненные с возможностью быстрого демонтажа. Тем не менее, использовано несколько гидроцилиндров, расположенных по окружности, и для полного демонтажа гидроцилиндров необходимо выполнить демонтаж каждого гидроцилиндра по отдельности, для чего требуется использовать дополнительные средства для синхронизации движения штоков гидроцилиндров, что является существенным недостатком, увеличивает время демонтажа и повышает трудоемкость работ, а также снижает надежность функционирования узла соединения и повышает вероятность выхода из строя гидроцилиндра. Кроме того, кулачковое кольцо выполнено заодно со стенкой гидроцилиндра, что требует точной обработки внешних поверхностей соединительных втулок. Следовательно, еще одним недостатком узла подводного соединения согласно US 9970582 необходимость очень точной технологической обработки соединительных втулок для обеспечения герметичности зоны контакта втулки с уплотнением, поскольку соединительная втулка является одной из внутренних стенок гидроцилиндра, что требует обеспечения герметичности в зоне рабочего хода поршня гидроцилиндра. Следует отметить, что трудности с демонтажем гидроцилиндров являются общим недостатком уровня техники является, что может привести к повреждению деталей узла соединения.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предложен узел цангового соединения штуцерного модуля и фонтанной арматуры, выполненный с возможностью установки на соединительную втулку штуцерного модуля и соединительную втулку фонтанной арматуры, имеющие круглое поперечное сечение, и содержащий первый соединительный фланец, выполненный с возможностью установки на соединительную втулку штуцерного модуля; кольцевой гидроцилиндр, выполненный с возможностью прикрепления к первому соединительному фланцу; причем кольцевой гидроцилиндр содержит Г-образный поршень, первую камеру, образованную наружной кольцевой стенкой, внутренней кольцевой стенкой, и нижней частью Г-образного поршня, и вторую камеру образованную наружной кольцевой стенкой, внутренней кольцевой стенкой, и верхней частью Г-образного поршня; цангу, содержащую пояс и лепестки, выполненные с возможностью обеспечения соответствия профиля внутренней поверхности цанги профилю внешних поверхностей состыкованных соединительных втулок штуцерного модуля и фонтанной арматуры; в соединительной втулке штуцерного модуля имеется периферическое углубление, выполненное с возможностью размещения в нем пояса цанги; второй соединительный фланец, выполненный с возможностью контакта с первым соединительным фланцем; и закрепленный перпендикулярно относительно внутренней кольцевой стенки гидроцилиндра; оправку, выполненную в виде кольца, проходящего радиально относительно продольной оси втулок и выполненную с возможностью осевого перемещения относительно продольной оси цанги при осевом перемещении поршня и обжатия цанги соответственно; верхний соединительный фланец, установленный параллельно второму соединительному фланцу, и закрепленный относительно оправки посредством крепежных соединений так, что указанные крепежные соединения проходят через отверстия во втором соединительном фланце; при этом относительно наружного края верхнего соединительного фланца закреплен поршень гидроцилиндра.

Техническим результатом является облегчение демонтажа узла цангового соединения, а также минимизация точности обработки соединительных втулок с обеспечением герметичности узла цангового соединения. Технический результат достигается за счет того, что в предлагаемом изобретении гидроцилиндр расположен отдельно от оправки и от соединительных втулок. Крепление кольцевого гидроцилиндра к первому соединительному фланцу, а также связь гидроцилиндра с оправкой только через верхний соединительный фланец отражает то, что кольцевой гидроцилиндр расположен отдельно от оправки.

В контексте настоящего описания слова «верхний», «нижний», «первый», «второй» и т.д. используются в виде прилагательных исключительно для того, чтобы отличать существительные, к которым они относятся, друг от друга, а не для целей описания какой-либо конкретной связи между этими существительными.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для лучшего понимания настоящего изобретения, а также других его аспектов и характеристик описание приведено со ссылками на прилагаемые чертежи, где:

на Фиг. 1 изображен в перспективе узел цангового соединения штуцерного модуля и фонтанной арматуры в открытом положении;

на Фиг. 2 изображен в перспективе узел цангового соединения штуцерного модуля и фонтанной арматуры в закрытом положении;

на Фиг. 3 проиллюстрировано продольное сечение узла цангового соединения штуцерного модуля и фонтанной арматуры в открытом положении;

на Фиг. 4 проиллюстрировано продольное сечение узла цангового соединения штуцерного модуля и фонтанной арматуры в закрытом положении.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как схематично показано на Фиг. 1 и Фиг. 2, предлагаемый узел 1 цангового соединения выполнен с возможностью установки на соединительную втулку 2 штуцерного модуля и соединительную втулку 3 фонтанной арматуры. Узел 1 содержит первый соединительный фланец 4, устанавливаемый на соединительную втулку 2 штуцерного модуля до приварки труб добычной линии. Узел 1 также содержит гидроцилиндр 5, выполненный с возможностью прикрепления к первому соединительному фланцу 4. Узел 1 также содержит цангу 6, содержащую пояс 7 и лепестки 8, которые имеют в их верхней части наружную цилиндрическую поверхность, переходящую в коническую поверхность в их средней части, и затем снова в цилиндрическую в их нижней части. При закрытии цанги 6 ее лепестки 8 поджимают соединительную втулку 3 фонтанной арматуры к соединительной втулке 2 штуцерного модуля. В соединительной втулке 2 штуцерного модуля выполнено периферическое углубление 9, проходящее по периметру соединительной втулки 2, выполненное с возможностью размещения в нем пояса 7 цанги 6. Лепестки 8 цанги 6, отходящие от пояса 7, полностью расположены по периметру стыка соединительной втулки 2 штуцерного модуля и соединительной втулки 3 фонтанной арматуры таким образом, что охватывают частично соединительные втулки 2, 3 в продольном направлении. Соединительная втулка 3 фонтанной арматуры содержит периферический выступ 10, проходящий по периметру соединительной втулки 3 и служащий для зацепления лепестков 8 цанги, при этом лепестки цанги имеют профиль внутренней поверхности с выступающей частью, обеспечивающей заведение лепестка 8 цанги 6 за этот периферический выступ 10 с прилеганием к наружной поверхности как соединительной втулки 3 фонтанной арматуры, так и к соединительной втулке 2 штуцерного модуля. Таким образом профиль внутренней поверхности цанги 6 в целом соответствует профилю внешних поверхностей состыкованных соединительных втулок 2, 3. Внешний профиль втулок 2, 3 в поперечном сечении представляет собой окружность.

Узел 1 также содержит второй соединительный фланец 11, находящийся в контакте с первым соединительным фланцем 4 и содержащий кольцевые опорные средства 12, установленные перпендикулярно фланцу и выполненные с возможностью опоры на торец пояса 7 цанги 6, проходящий радиально относительно продольной оси втулок 2, 3. Таким образом, второй соединительный фланец 11 выполнен с возможностью опоры с использованием опорных средств 12 на торец цанги 6. В предпочтительном варианте осуществления второй соединительный фланец 11 прилегает к первому соединительному фланцу 4.

Узел 1 также содержит верхний соединительный фланец 13, установленный параллельно второму соединительному фланцу 11 относительно продольной оси втулок 2, 3.

Кольцевой гидроцилиндр 5 включает Г-образный поршень 14 и первую камеру 15, образованную двумя кольцевыми стенками: наружной кольцевой стенкой 16 и внутренней кольцевой стенкой 17, а также нижней частью Г-образного поршня. Поршень 14 прикреплен к наружному краю верхнего соединительного фланца 13 посредством болтовых соединений 18. Внутренняя кольцевая стенка 17 соответствует форме поршня 14.

Верхний соединительный фланец 13 установлен параллельно второму соединительному фланцу 11 посредством крепежных болтовых соединений 19. Следует отметить, что первый соединительный фланец 4, устанавливаемый на соединительную втулку 2 штуцерного модуля, закреплен относительно нее также крепежными соединениями, аналогичными болтовым соединениям 19.

Узел 1 также содержит оправку 20, выполненную в виде кольца, проходящую радиально относительно продольной оси втулок, а также выполненную с возможностью осевого перемещения относительно продольной оси цанги: от пояса цанги до лепестков цанги к их нижней части для охвата нижней части лепестков. Указанное перемещение оправки обеспечено за счет функционирования кольцевого гидроцилиндра 5. Функция оправки 20 заключается в том, что при опускании она обжимает цангу 6. Верхний соединительный фланец 13 установлен параллельно второму соединительному фланцу 11 так, что крепежные болтовые соединения 19 проходят через отверстия во втором соединительном фланце 11 и закреплены относительно оправки 20. Оправка 20 имеет внутреннюю по существу цилиндрическую поверхность с фаской в ее верхней части для обеспечения соответствия профиля внутренней поверхности оправки 20 профилю наружной поверхности лепестков цанги 6. Когда узел 1 цангового соединения является открытым, оправка 20 упирается в нижнюю часть пояса 7 цанги 6, а опорные средства 12 упираются в верхнюю часть пояса 7 цанги 6. Когда оправка 20 полностью перемещена в нижнюю часть лепестков 8 цанги, узел 1 цангового соединения является закрытым, при этом в кольцевом гидроцилиндре 5 имеется вторая камера 21, образованная наружной кольцевой стенкой 16, внутренней кольцевой стенкой 17, и верхней частью Г-образного поршня 14; при этом второй соединительный фланец закреплен перпендикулярно относительно внутренней кольцевой стенки 17 гидроцилиндра 5 (см. фиг. 2 и 4).

Второй соединительный фланец 11 закреплен относительно внутренней кольцевой стенки 17 первой камеры 15 гидроцилиндра посредством крепежных соединений, аналогичных болтовым соединениям 18. Таким образом, верхний соединительный фланец 13 соединяет между собой оправку 20 и поршень 14 так, что при работе гидроцилиндра обеспечено перемещение оправки 20 вместе с поршнем 14 гидроцилиндра 5.

На фиг. 1 и фиг. 3 узел 1 цангового соединения изображен в открытом положении. На фиг. 2 и 4 узел 1 цангового соединения изображен в закрытом положении. В целом, на чертежах проиллюстрировано перемещение лепестков 8 цанги 6 из открытого положения в закрытое.

Принцип работы узла 1 цангового соединения следующий. Перед установкой штуцерного модуля необходимо перевести изделие в открытое положение (см. Фиг. 1 и Фиг. 3). Поршень 14 гидроцилиндра выдвинут в крайнее положение, оправка 20 своей фаской входит в зацепление с лепестками 8 цанги 6 по первой поверхности 22 контакта цанги и переводит их в положение, позволяющее установить предлагаемый узел цангового соединения на соединительную втулку 3 фонтанной арматуры. После установки соединительных втулок 2, 3 друг на друга, поршень 14 кольцевого гидроцилиндра 5 переводится в противоположное крайнее положение (см. Фиг. 4), при этом оправка 20 опускается и воздействует своей цилиндрической внутренней поверхностью на вертикальную вторую поверхность 23 контакта лепестка 8 цанги 6. Перемещение лепестков 8 цанги 6 ограничено упорным кольцом 24, установленным на опорных средствах 12 в верхней части узла 1, и оправкой 20 в нижней части узла 1.

При подаче давления во вторую камеру 21 и/или стравливания давления из первой камеры 15, поршень 14 начинает перемещение вниз вместе с оправкой 20, при этом пояс 7 цанги 6 остается зафиксированным в кольцевом углублении 9 в соединительной втулке 2 штуцерного модуля. При движении оправки 20 из начального положения, как показано на фиг. 1 и 2, внутренняя поверхность оправки 20 подталкивает лепестки 8 цанги 6 в радиальном направлении внутрь до полного прилегания лепестков 8 цанги 6 к концам соединительных втулок 2, 3 в месте их стыка, при этом нижние части лепестков 8 цанги 6 заводятся за выступ 10 на соединительной втулке 3 фонтанной арматуры. Полное опускание оправки 20, как показано на фиг. 1 и 2, обеспечивает закрытое положение узла 1 цангового соединения.

Доступ к поврежденным частям узла 1 цангового соединения облегчен, поскольку демонтаж осуществляется следующими этапами: демонтируют верхний соединительный фланец 13 путем откручивания его от поршня 14; от второго соединительного фланца 11 откручивают гидроцилиндр 5 и удаляют его; откручивают оправку 20 и удаляют ее; после чего обеспечен доступ к лепесткам 8 цанги 6, которые возможно извлечь из узла 2 цангового соединения или провести их осмотр и по меньшей мере частичное техническое обслуживание.

Следует понимать, что предлагаемое изобретение ограничено только объемом формулы изобретения. Модификации и улучшения вышеописанных вариантов осуществления настоящего изобретения без выхода за рамки формулы изобретения очевидны специалистам в данной области техники. Настоящее описание представлено только в качестве примера и не накладывает никаких ограничений на объем охраны предлагаемого изобретения. Таким образом, объем настоящей технологии ограничен только объемом прилагаемой формулы изобретения.

Предлагаемое изобретение относится к нефтегазовой отрасли, в частности к узлу соединения цангового типа втулок штуцерного модуля и фонтанной арматуры в оборудовании для подводной добычи углеводородов. Предлагаемый узел цангового соединения штуцерного модуля и фонтанной арматуры содержит первый соединительный фланец, кольцевой гидроцилиндр, цангу, второй соединительный фланец, оправку, выполненную в виде кольца и выполненную с возможностью осевого перемещения относительно продольной оси цанги при осевом перемещении поршня гидроцилиндра и обжатия цанги соответственно, верхний соединительный фланец, установленный параллельно второму соединительному фланцу и закрепленный относительно оправки; относительно наружного края верхнего соединительного фланца закреплен поршень гидроцилиндра. Техническим результатом является облегчение демонтажа узла цангового соединения, а также минимизация точности обработки деталей с обеспечением герметизации соединительных втулок. 4 ил.

Узел цангового соединения штуцерного модуля и фонтанной арматуры, выполненный с возможностью установки на соединительную втулку штуцерного модуля и соединительную втулку фонтанной арматуры, имеющие круглое поперечное сечение, и содержащий

первый соединительный фланец, выполненный с возможностью установки на соединительную втулку штуцерного модуля;

кольцевой гидроцилиндр, выполненный с возможностью прикрепления к первому соединительному фланцу; причем кольцевой гидроцилиндр содержит Г-образный поршень, первую камеру, образованную наружной кольцевой стенкой, внутренней кольцевой стенкой и нижней частью Г-образного поршня, и вторую камеру, образованную наружной кольцевой стенкой, внутренней кольцевой стенкой и верхней частью Г-образного поршня;

цангу, содержащую пояс и лепестки, выполненные с возможностью обеспечения соответствия профиля внутренней поверхности цанги профилю внешних поверхностей состыкованных соединительных втулок штуцерного модуля и фонтанной арматуры; в соединительной втулке штуцерного модуля имеется периферическое углубление, выполненное с возможностью размещения в нем пояса цанги;

второй соединительный фланец, выполненный с возможностью контакта с первым соединительным фланцем и закрепленный перпендикулярно относительно внутренней кольцевой стенки гидроцилиндра;

оправку, выполненную в виде кольца, проходящего радиально относительно продольной оси втулок, и выполненную с возможностью осевого перемещения относительно продольной оси цанги при осевом перемещении поршня и обжатия цанги соответственно;

верхний соединительный фланец, установленный параллельно второму соединительному фланцу и закрепленный относительно оправки посредством крепежных соединений так, что указанные крепежные соединения проходят через отверстия во втором соединительном фланце; при этом относительно наружного края верхнего соединительного фланца закреплен поршень гидроцилиндра.