垂直连接器.pdf

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1、10申请公布号CN102575504A43申请公布日20120711CN102575504ACN102575504A21申请号201080034839722申请日201008202009288020090821NOE21B33/038200601E21B43/01320060171申请人阿克海底公司地址挪威利萨克72发明人摩托尔雷格曼默克74专利代理机构深圳中一专利商标事务所44237代理人张全文54发明名称垂直连接器57摘要一种垂直连接器，由三个主构件组成，位于遮掩连接点上的固定连接部，用于遮掩和连接至所述固定连接部的可移动连接部，以及用于在固定连接部和可移动连接部匹配连接后，锁定所述匹配连。

2、接以形成持久密封连接的连接器，所述固定连接部设置有向上突出的管道凸台，所述可移动连接部设置有一体化的、内部防护和引导装置，以用于帮助固定连接部上的可移动连接部成角度地接入。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2012020686PCT申请的申请数据PCT/NO2010/0003112010082087PCT申请的公布数据WO2011/021945EN2011022451INTCL权利要求书2页说明书6页附图7页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图7页1/2页21一种垂直连接器，包括固定连接部，用于被遮掩的连接点；可移动连接部，用于遮掩和连接至所述固。

3、定连接部；连接器，用于在固定连接部和可移动连接部匹配连接后，锁定所述匹配连接以形成持久密封连接；其特征在于，所述固定连接部设置有向上突出的管道凸台；所述可移动连接部设置有一体化的、内部防护和引导装置，以用于帮助固定连接部上的可移动连接部成角度地接入；所述内部引导装置内部包括上部的和下部空腔，所述下部空腔包括一个下部引导开口，该开口大于固定管道凸台的直径；所述上部空腔向上逐渐变窄，且小于下部空腔；在位于管道凸台上的可移动连接部下降过程中，所述包括第一和第二空腔的引导装置与向上突出的管道凸台共同作用以产生一对准力；所述可移动连接部相对于所述引导装置以防护方式设置有一密封环，所述密封环用于与管道凸台。

4、的接合以及被夹钳连接器拉紧以形成密封连接。2如权利要求1所述的垂直连接器，其特征在于，所述内部引导装置包括一组下部板组件，所述板组件具有指向径向方向的板面，所述板组件围绕其中心轴成圆周排列，所述板组件向内指向的板边缘具有预设的轮廓，以用于共同形成空腔。3如权利要求2所述的垂直连接器，其特征在于，所述内部引导装置包括一体化的环状体，所述环状体包括一开口，并将所述板组件拴在一起。4如权利要求2所述的垂直连接器，其特征在于，所述各个径向指向的板组件之间最大距离小于固定管道凸台的直径。5如权利要求1所述的垂直连接器，其特征在于，所述内部引导装置包括一组上部板组件，所述板组件具有指向径向方向的板面，所述。

5、板组件围绕其中心轴成圆周排列，所述板组件向内指向的板边缘共同形成所述上部空腔，所述空腔向上逐渐减少，所述空腔少于第一空腔。6如权利要求5所述的垂直连接器，其特征在于，所述各个径向指向的上部板组件之间最大距离小于固定管道凸台的直径。7如权利要求6所述的垂直连接器，其特征在于，所述固定连接部包括多个导向板，所述导向板围绕所述管道凸台圆周地设置，沿轴向延伸，并在径向方向上向外指向。8如权利要求7所述的垂直连接器，其特征在于，所述固定连接部包括一基板，作为附件以用于保护工具。9如权利要求8所述的垂直连接器，其特征在于，所述导向板在径向指向的表面上包括预设的、特定设计的轮廓，所述表面形成了用于可移动连接。

6、部的所述引导装置，所述环状体首先撞击所述表面中的至少一个的上部，以产生对准运动。10如权利要求9所述的垂直连接器，其特征在于，所述连接器包括夹钳连接器，所述夹钳连接器包括内部排列的环形斜面，所述环形斜面通过激活使得两管道边缘轴向地相互朝向对方，其中一个边缘设置有密封环，所述密封环外部设置有环形斜面。权利要求书CN102575504A2/2页311如权利要求10所述的垂直连接器，其特征在于，所述可移动连接部包括至少一个合适的附件，以用于工具的安装，所述附件设置在环状体上。12如权利要求11所述的垂直连接器，其特征在于，进一步包括第二组板组件，以用于密封的可能替换，所述板组件等距离地设置，以使工具。

7、进出上部空腔。13如权利要求9所述的垂直连接器，其特征在于，所述连接器包括筒夹连接器，所述筒夹连接器包括内部设置的环形斜面，所述环形斜面通过激活使得两管道边缘轴向地相互朝向对方，其中一个边缘设置有密封环，所述密封环外部设置有环形斜面。权利要求书CN102575504A1/6页4垂直连接器0001相关申请的交叉引用0002本申请要求申请日为2009年8月21日，申请号为20092880的挪威专利申请的优先权。技术领域0003本发明涉及一种垂直连接器，该连接器包括三个主构件，一个位于遮掩的连接点上的固定连接部，一个用于连接至固定连接部的移动连接部，以及一个附加连接器，在固定连接部和可移动连接部匹配。

8、连接后，该附加连接器将两连接部锁住在一起以形成持久密封连接。0004在本发明中，垂直连接器包括一个装置，该装置使得连接部在垂直方向上相互接入。背景技术0005设置在海底的水下管道结构通常包括一个或多个管道，这些管道系统通常终结于于一开口管道终点，这些终点形成了连接点。每个连接点包括一固定连接部，而这些固定连接部在后续将用于与外部管道的连接。0006目前存在两种主要的连接器，垂直或水平连接器。在水平连接器中，连接点从管道结构中水平向外伸出。这在北海NORTHSEA中被大量使用。而在其它地区，例如，墨西哥湾，垂直连接器使用得比较多。0007一个使用垂直连接器的典型示例叫“跨接管”，例如，位于两个连。

9、接点之间的硬管。参见图1A和图1B，在硬管每端包括一个朝下的可移动连接部。这些管道在连接点之间很少成直线地延伸，而是被设计成具有一个或多个突出结构，以适合那些对公差没有严格要求的连接点。在连接点之间可以存在几十米的跨度，即使硬管包括突出结构，但它们的运转还是非常难处理。0008在这里主要存在三种或实际上是二种不同的连接到管道结构上的连接方式0009在两种管道结构之间的直接连接。在这里，需要使用到在两端包括可移动连接部的硬管，即通常所说的跨接管道。跨接管道是基于两个连接点的相应位置测量来制造的，测量并不能达到100精确，与跨接管道自身结构的连接也还存在一定的公差。这些公差阻止了两管道端的合拢。因。

10、此，跨接管道需要较好地设计以使之能够容纳这些公差以及允许管道的替换，这些替换可能会在系统的运营过程中发生，例如，由于管道的热膨胀，需要进行替换。0010管道硬管和管道结构之间的连接。在海底下几乎不可能至少很难将硬管直接连接到预先安装的结构上。这样，通常中介段管道，常被称为“管轴”的被用到管道和结构之间。为了将管轴连接到管道上，管道被直接焊接到包括连接点的一个小结构上。本质上，管轴相当于前述的跨接管道。0011挠性管道到结构的直接连接。在某些情况下，会选择所谓的挠性管道来代替硬说明书CN102575504A2/6页5管。这些挠性管道与花园浇水用软管类似。因此，在管道和结构之间不需要管轴或跨接管道。

11、。这种管道非常柔软，从而使得在其一端上可直接带有可移动连接部，而在结构上设置固定连接部，也不需要测量结构上连接点的精确位置。发明内容0012本发明提出的连接系统可用于前述三种连接情况。0013为了方便海底管道的匹配连接，提出了一种新的连接器设计。如前所述，该新连接器包括位于底部结构上的固定连接部以及从上面下降的可移动连接部，以及一个完成最终连接操作的夹钳连接器。尽管如此，如果就这样，该连接器也不能说是一种令人非常满意的连接器。0014因此，提出的垂直连接器应满足以下假设0015管道边缘之间密封的破坏是可避免的0016连接部之间在68偏差范围内可以安全地接入和匹配连接0017跨接管道上的两组连接。

12、部可以安全地接入和匹配连接，其中，固定连接部和可移动连接部之间的距离并不完全一致，例如，在接入操作过程中跨接管道被拉紧0018在水平面上即使管道的一端偏差为15，也可以接入0019当可移动连接部损坏且不需要移除整个可移动连接部时，密封环可以被替换0020可以不需要外部引导装置而进行接入0021这些问题可以通过在连接器中引入以下区别特征来解决固定连接部具有向上突出的裸管凸台，可移动连接部设置有一体化的、内部防护和引导装置，以用于通过角偏差帮助可移动连接部接入固定连接部，内部引导装置包括内部的上部和下部空腔，下部空腔包括一大于固定管道凸台直径的下部引导开口，上部空腔向上成锥形逐渐减少且少于下部空腔。

13、。该包括第一和第二空腔的引导装置在可移动连接部的下降过程中，通过与向上突出管道凸台协作产生对准力，同时，可移动连接部相对于引导装置以防护方式携带有一个密封环，该密封环可用于紧贴裸管凸台，并通过夹钳连接器拉紧从而形成密封连接。0022应注意，通过这种方式的连接部可以使得成68角偏差的连接部间安全地相互接入，同时，结构的形状被特定地设计以用于产生一对准动作，从而在接入操作过程中将相互接入的管道端对准。0023在本发明的一个实施例中，内部引导装置包括下部的一组板组件，该板组件具有指向径向方向的板面，所述板组件围绕其中心轴成圆周排列，板组件向内指向的板边缘具有预设的轮廓，以用于共同形成空腔。0024优。

14、选地，内部引导装置包括一体化的环状体，所述环状体包括一开口，并将所述板组件拴在一起。0025各个径向指向的板组件之间最大距离小于固定管道凸台的直径。0026进一步地，优选地，内部引导装置包括一组上部板组件，该板组件具有指向径向方向的板面，所述板组件围绕其中心轴成圆周排列，该板组件向内指向的板边缘共同形成所述上部空腔，所述空腔向上逐渐减少，所述空腔少于第一空腔。0027各个径向指向的上部板组件之间最大距离小于固定管道凸台的直径。0028进一步地，所述固定连接部包括多个导向板，所述导向板围绕所述管道凸台圆周说明书CN102575504A3/6页6地设置，沿轴向延伸，并在径向方向上向外指向。0029。

15、固定连接部可以包括一基板，作为在接入操作中最终的引导装置以及作为推/拉工具的附件。0030导向板在径向指向的表面上可以包括预设的、特定设计的轮廓，所述表面形成了用于可移动连接部的所述引导装置。0031优选地，附加连接器为夹钳连接器，该夹钳连接器包括内部排列的环形斜面，所述环形斜面通过激活使得两管道边缘轴向地相互朝向对方，其中一个边缘设置有密封环，所述密封环外部设置有环形斜面。可选地，附加连接器为“筒夹连接器”。0032作为可移动连接部辅助设备，可移动连接部可以包括一个合适的附件，以用于工具的安装，该工具可用于通过物质力量将连接部拉紧在一起，或将它们推开分离，该工具可以安装在可移动连接部环状体上。

16、的马蹄铁开口上。0033方便地，密封环为纯金属密封环，进一步地，该密封环在其金属密封表面包括一个或多个冗余的弹性密封圈或密封垫。0034优选地，进一步包括第二组板组件，以用于密封的可能替换，所述板组件等距离地设置，方便工具进出以用于密封环的可能替换。0035根据本发明提出的新连接的结构，最小化地减少了对密封表面的损坏，这是因为0036固定管道凸台上的锥形密封表面位于内部且朝上设置由于其位于内部从而减少了管道结构上各部分只撞击这些表面部分的可能性0037密封组件被正常地安装在可移动连接部上这样，相对于安装在固定连接部上，在下降过程中密封组件就可以得到防护0038通过上述新连接器结构，即使在固定连。

17、接部和可移动连接间存储一定的角偏差，一个带有两个可移动连接部的跨接管道也可以安装在两个固定连接部上。附图说明0039图1A为现有技术中跨接管道的正视图；0040图1B为图1A中跨接管道的俯视图；0041图2A为使用了本发明方案的跨接管道的正视图；0042图2B为图2A中跨接管道的俯视图；0043图3为现有技术中固定连接部位于下部的示意图；0044图4为本发明实施例中固定连接部位于下部的示意图；0045图5为现有技术中可移动连接部正接入固定连接部时可移动连接部位于上部的示意图；0046图6为本发明实施例中可移动连接部正接入固定连接部时可移动连接部位于上部的示意图；0047图7为已准备接入的两连接。

18、部的立体图；0048图8为已完成组装的连接器的轴向剖面图；0049图914为本发明接入操作、轴对准以及两连接部的连接过程的示意图；0050图15为完成连接的连接器的立体图，其中还包括用于组成夹钳连接器的工具。说明书CN102575504A4/6页7具体实施方式0051参见图1A和图2B，其中描述了用于构造跨接管道1的传统方法被标记为现有技术，跨接管道的两端设置有可移动连接部2，3。可移动连接部2，3与固定连接部4，5的匹配连接在几乎垂直的方向上进行，即所谓的“垂直连接器”。跨接管道1进一步包括一硬管6，该硬管位于连接部2，3之间。硬管6两端的可移动连接部2，3面朝下，以用于下降至固定连接部4，。

19、5朝上的表面进行接合。0052如图所示，管道6很少成直线地在连接点之间进行延伸，相反，管道6被设计成具有一个或多个弯凹，所图1A所示。这可用于对生产公差没有严格要求的连接点。在连接点之间管道6可以具有十多米的跨度。如图1A所示，现有技术中的方法在下降操作中可以照顾到连接部2，3高度上的差异。不管是本发明还是现有技术都应稍微倾斜地安装，从而使得跨接管道/套管一端比另一端先到达。两端之间高度的差异应使得跨接管道/套管一端与其对应的连接部接合之前，另一端已完全到达。这样整个跨接管道在第二端到达前可以被旋转至适当的位置。图1B示出了在下降操作过程中，固定连接部4，5与可移动连接部2，3之间成5角的可操。

20、作状态。0053参见图2A和图2B，描述了通过在管道1两端设置一种新的可移动连接部2，3，从而提出的一种新的、改进的跨接管道1的构造方法。新的可移动连接部2，3与新的固定连接部4，5可在几乎垂直的方向上进行匹配接合。如前面一样，跨接管道1包括位于连接部2，3之间的硬管6。硬管6两端的可移动连接部2，3面朝下安装以与固定连接部4，5朝上表面连接在一起。0054需要指出的问题与前面图1A和图1B一样，另外，生产过程中的公差增加了。如图2A如示，新的方案在下降操作过程中，可以处理连接部2，3之间高度差异更大的情况。尽管如此，如图2B所示，在下降操作过程中，固定连接部4，5与可移动连接部2，3之间存在。

21、15的偏差也可以被处理。这将在后续进行详细描述。0055图3示出了现有技术中的固定连接部4，而图4示出了本发明中的固定连接部4。图3示出了与固定连接部4关联的引导系统7，引导系统可用于引导可移动连接部2向下移向固定连接部4。为了完成这个目标，独立的引导装置8被设置。而在本发明中，固定连接部4则完全不需要这样一个引导系统。在本发明中，在下降过程以及互相连接操作过程中用于帮助引导的装置或系统被融合至固定连接部4，作为连接部4的一部分，代替了所有的设计特征，或装置。0056图5再一次示出了现有技术中固定连接部4。其中包括一正下降在固定连接部4上的可移动部2。在该方案中，在匹配连接操作过程中，固定连接。

22、部4中心轴与在所有方向上的可移动连接部2之间的最大角偏差大约为65。0057图6又一次示出了本发明固定连接部4，以及一可移动连接部2，可移动连接部2下降在固定连接部4上。在该方案中，在匹配连接操作过程中，固定连接部4中心轴与在所有方向上的可移动连接部2之间的最大角偏差大约为8。0058参见图7，进一步地描述了垂直连接器2，4。垂直连接器由三个构件组成固定连接部4正常地停在水下结构未示出上，例如，该结构可以是采油树或歧管结构；可移动连接部2设计用来接入并连接至固定连接部4；以及一个夹钳连接器9。当连接部2，4相互说明书CN102575504A5/6页8接入连接后，夹钳连接器9锁住连接部2，4，以。

23、形成一个持久封闭的连接。0059固定连接部4包括一个向上突出的裸管凸台4A。多个导向板4B沿管道凸台4A圆周分布，并沿轴向方向向外成放射状延伸。固定连接部4包括底板4C，底板4C作为一个附件以用于保护推/拉工具。应注意，导向板4B上径向方向设置的表面4D具有一个特别设计的轮廓。该表面4D可用于引导可移动连接部2，这将在后续进行详细描述。0060可移动连接部2依次包括一体化的内部防护罩和引导装置2A，2B，2C，以用于通过在可移动连接部2和固定连接部4间形成一角度，帮助可移动连接部和固定连接部的匹配和连接操作。内部引导装置2A，2B，2C可确定一个内部空间或空腔H1，H1具有一下部引导开口，该开。

24、口的直径比固定管道凸台的直径稍微大一些。另外，可移动连接部2包括一上部空间或空腔H2，H2向上逐渐变小。H2比下部空腔H1小。对应地，上部空间H2包括一引导开口，其直径小于下部开口直径。当连接部2，4接近完成阶段、在连接部2，4上进行对准时，上部空腔H2开始起作用，例如，使连接器轴排成一行以使上下两部相互适应。0061这可用于描述引导装置，该引导装置包括第一和第二内部空腔，通过在移动连接部2的下降过程中，引导装置的导向板与向上的管道凸台4A的配合，以产生一对准力实现对准。如图所示，内部引导装置下部可包括多个板组件2B，板组件2B具有相应的面向径向方向的板面部，板组件2B围绕连接部2中心轴圆周地。

25、分布。应注意，板组件2B的向内板边缘2C共同形成了前述的下部空腔H1，H1通过一体化的环形体或环2A在底部结束。环2A形成了引导开口2D，从而在导向板2B到由前述板边缘2C确定的空腔H1之间形成一个自由通道。在示出的实施例中，板组件2B的数量为8，并相同间隔地分布。0062进一步地，各个径向指向的板组件2B之间的最大距离小于固定管道凸台4A的直径。内部引导装置也包括多个上部板组件2E，板组件2E也设置有相应的面向径向方向的板面部，板组件2E沿着连接部2中心轴圆周地设置。板组件2E向内的板边缘2F共同形成了上部空腔H2，空腔H2包括一个引导开口2G。空腔H2向上成锥形逐渐减少，并少于第一空腔H1。

26、。同样，引导开口2G也小于开口2D。上部的各个径向指向的板组件2E之间的最大距离小于固定管道凸台4A的直径。在本发明示出的实施例中，总共有4个板组件2E，并等距离地分布。同样，导向板2E到空腔H2之间的自由通道由前述板边缘2F形成。在这里，合适的空间被提供，从而当需要时可以向工具提供进出通道。在具体实施过程中，上部板组件2E可以为下部板组件2B的延伸，例如是其中四个的延伸。0063进一步地，可移动连接部2相对于引导装置以防护方式支持密封环10，密封环10用于将裸管凸台4A紧密地与夹钳连接器9接合，以形成密封连接。典型地，密封环10可以为纯金属密封环，当然也可以为其它合适的密封环。0064所述夹。

27、钳连接器9包括内部设置的、环形的斜面，通过触发后，该斜面促使两个管道边缘朝轴向相互面向对方。边缘中的一个设置有前述的密封环10，夹钳连接器9还包括外部的、环形的斜面。作为夹钳连接器9的替换，“筒夹连接器”未示出也可以被使用。0065为了使得最终的匹配连接能够完成，可移动连接部2可以包括至少一个马蹄铁状的附件2J，该附件位于水平延伸的环形板体2H上，以用于拉/推工具未示出的插入，该拉/推工具可以被激活以用于拉动连接部2，4相向运动，或推动它们分离。0066如上所述，第二组板组件2E的平板被等距地设置，从而方便后续用于替换密封环10的工具的进出。说明书CN102575504A6/6页90067参考。

28、图8所示的连接器，其中连接部2，4通过示出的夹钳连接器9已完全成对地紧紧地连接在一起。夹钳连接器9具有内部环形斜面9A，通过施加在连接部2，4两管道边缘F1和F2环形斜面FA，FB的圆周激活力，使得斜面FA，FB相对地朝轴向运动。管道边缘F1和F2也包括内部斜面FC和FD，其中管道边缘F1之一设置有密封环10。密封环10也设置有外部的、环形斜面10A和10B，在激活过程中环形斜面10A和10B通过内部斜面FC和FD被拉紧。0068在这里，将结合图914对匹配和连接操作进行描述，将不再对连接部2，4进行详细描述，只会详细描述匹配连接部的接入和对准过程。0069图9示出了可移动连接部2和固定连接部。

29、4匹配的第一阶段。可移动连接部2倾斜地到达固定连接部4，此时仍然可以以安全的方式接入和进行连接。从图可以看到，当可移动连接部2倾斜地到达固定连接部4时，确定引导开口2D的环2A首先撞击管道凸台4A的斜面4E。0070图10示出了可移动连接部2在固定连接部4上管道凸台4A进一步下降的过程。这样，管道凸台4A进入可移动连接部2的第一空腔H1。导向板2B特定设计的板边缘2C撞击管道凸台4A上的斜面4E。由于第一阶段中的板边缘2C向外和向内的倾斜，当可移动连接部2被引导至固定连接部4，从而开始了对准操作，这可作为一个初始的对准过程。0071图11示出了可移动连接部2和固定连接部4的进一步匹配过程。至此。

30、，管道凸台已完全进入第一空腔H1，但仍然保持倾状态。接着管道凸台4A的斜面4E碰撞上部空腔H2的入口，空腔H2的入口由第二开口2G确定。如前所述，上部空腔H2是由板边缘2F确定的。如图所示，上部空腔H2在其进入平滑直径前，向上逐渐变窄以形成其底部。几乎同时地，在环形体2A顶部，环形体2A内部撞击导向板4B中的至少一个导向板。这样，通过斜边缘4E和板边缘2C的接触，使得对准动作在连接部2，4之间进行。0072图12示了可移动连接部2和固定连接部4的进一步匹配步骤。管道凸台4A的斜面4E沿着板边缘2F滑动。板边缘2F的下部形成了空腔H2的锥部。在可移动连接部2的进一步下降过程中，可移动连接部2进一。

31、步与固定连接部4进行对准。应注意，在该阶段中，由于导向板4B和2B相互碰撞，可移动连接部2相对于固定连接部4可以做受限的转动。通过环形体2A与导向板4B之间的接合，对准操作得以继续进行。0073图13示出了可移动连接部2和固定连接部4的进一步匹配步骤。例如，当连接部几乎匹配时的匹配步骤。管道凸台4A的斜面4E已沿着板边缘2F从远处滑动到上部空腔H2的顶部。在可移动连接部2的下降完成过程中，可移动连接部2慢慢地与固定连接部4进行对准，并接近于完全对准。0074图14示出了可移动连接部2和固定连接部4匹配的最终阶段。两个管道边缘现在非常地靠近，并位于连接器9的接合范围内。接着需要进行连接器9的密封。

32、了。在连接器9的密封操作过程中，需要对可移动连接部2与固定连接部4进行更精确的对准。如果情况需要，在对准过程中，推/拉工具可用来协助对准操作。0075图15大体上与图7相同，区别在于，连接部2，4被完全地匹配以及连接被实现。另外，在夹钳连接器9上工作的工具12也被示出，其工作过程与现有技术相同，在此不再进一步说明。说明书CN102575504A1/7页10图2A说明书附图CN102575504A102/7页11图2B图3现有技术图4说明书附图CN102575504A113/7页12图5现有技术图6说明书附图CN102575504A124/7页13图7说明书附图CN102575504A135/7页14图8图9图10图11说明书附图CN102575504A146/7页15图12图13图14说明书附图CN102575504A157/7页16图15说明书附图CN102575504A16。