CN113074287A - 一种新型的穿梭油轮艉部受油口紧急脱开装置 - Google Patents

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Abstract

本领域属于海洋油气外输领域，涉及一种新型的穿梭油轮艉部受油口紧急脱开装置，可以实现输油管道的快速连接以及紧急状况下的主动脱开和被动脱开两种脱开方式，保障油气外输作业的安全。本装置采用卡爪均匀周布式的连接方式，通过驱动机构中的液压油压力和母接头复位弹簧的共同作用来实现卡爪的释放和卡紧功能，而且卡紧机构设计有自锁结构；卡爪设计成头部和尾部两部分，紧急情况下可以通过剪断致断销钉实现脱开；母接头密封弹簧安装在母接头密封环外侧且限位环和母接头密封环之间设计有密封圈，能有效地隔绝介质，避免介质对装置内部结构的侵蚀。与现有的装置相比，其最大的特点是具有被动脱离方式、连接卡紧更加可靠。

Description

一种新型的穿梭油轮艉部受油口紧急脱开装置
技术领域
本发明属于海洋油气外输领域，具体的，涉及一种新型的输油管道快速连接、紧急脱开同时双向关闭油道的紧急脱开装置，可以大大提高穿梭油轮海上受油的效率和安全性。
背景技术
随着油气资源开采在海领域的发展，海上油气田开采的安全性收到了越来越多的关注，其中海上原油外输是其重要的一个环节。紧急脱开装置是海上油气外输***中重要的组成部分，不仅可以提高油气外输作业的效率，还可以在危险工况下实现紧急脱开，提高输油作业的安全性。然而我国对于海洋石油装备的研究相比国外起步较晚、技术不成熟，虽然我国对码头输油臂紧急脱开装置的研究取得了很多成果，但是对于海上油气外输紧急脱开装置研究较少。
目前常见的紧急脱开装置工作原理：原油外输作业时，固定于输油软管端部公接头通过引缆的牵引与固定于穿梭油轮艉部受油口母接头对接，内部输油通道打开；当遇到紧急情况时，公、母接头脱开的同时油路被公、母接头关断阀切断，介质被保留在管道内部，从而防止外泄，保证外输作业和设备以及工作人员的安全。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提了一种新型周布卡爪式紧急脱开装置，本装置通过周布式卡爪的在径向方向的开合来实现装置的连接致紧和脱开。装置处于待连接状态时，卡爪处于张开状态，周向布置的处于张开状态的卡爪为公接头的对接提供导向作用，对接完成后驱动机构驱动卡爪运动完成致紧工作；当需要紧急脱开时，驱动机构反向运动，卡爪张开解除致紧作用；当紧急状态下驱动机构失效时，备选方案启动，在力的作用下卡爪头部与尾部脱开，实现接头的紧急脱开，极大的提高了装置紧急脱开的可靠性。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种新型周布卡爪式紧急脱开装置，在紧急状态下，能够有效的实现脱开，保障了原油外输作业的安全，其特征在于：本装置由卡紧机构、驱动机构、公接头关断机构、母接头关断机构等组成。
卡紧机构由卡爪推环、卡爪、卡紧环组成，12个卡爪在周向均匀分布，卡爪分为头部、尾部和致断销钉三部分；卡爪头部和尾部开设销钉孔，通过两颗致断销钉实现固定；卡爪推环内部开设导向槽周向定位卡爪，外部设有导向凸台，与装置的外套配合，实现卡紧机构的周向定位；卡爪外侧的受压面和卡爪推环内侧的施压面设计有自锁角度。
驱动机构由液压推力环、母接头复位弹簧、外套、密封圈、卡紧环，基座组成；外套上开设有进出油口，通过12颗均布螺栓固定在基座上；密封圈安装在驱动环肩部和尾部；复位弹簧安装在卡紧环与驱动环形成的空腔内。
公接头油路关断机构由公接头关断阀、公接头支撑环、公接头上阀体、公接头下阀体、公接头密封弹簧、导流板组成；公接头支撑环通过螺纹固定于公接头下阀体；公接头上阀体和下阀体通过螺栓连接，均匀分布12颗；公接头密封弹簧套在公接头关断阀圆柱部分；公接头关断阀安装在公接头支撑环中心孔，通过压缩公接头密封弹簧可以实现轴向的运动；导流板焊接在公接头关断阀头部关断部分。
母接头关断机构由母接头关断阀、母接头密封环、母接头支撑环、母接头密封弹簧、锁簧、限位环等组成；母接头支撑环通过基座与限位环内缘凸台的挤压实现固定，螺纹孔底部装有锁簧；母接头关断阀通过螺纹固定于母接头支撑环，通过锁簧压缩实现防松功能；导流板焊接在母接头关断阀头部关断部分；母接头密封弹簧安装在限位环与母接头密封环形成的空腔内。
本发明具有如下有益效果：与现有的紧急脱开装置相比较，周布卡爪式使致紧力分布更加均匀，不仅可以实现装置两部分的致紧连接，还可以在卡爪为张开状态时为公、母接头的对接提供导向的作用；在紧急状态下，当驱动机构失效无法工作时，可以通过拉断卡爪的致断销钉实现被动脱离；关断阀通过焊接导流板而形成的半陀螺结构既实现了导流又在一定程度上减轻了零件的重量。
附图说明
附图1是紧急脱开装置的全剖图；
附图2是装置对接导向图；
附图3是卡爪分布方式图；
附图4是卡爪组件示意图；
附图5是卡爪推环示意图；
附图6是驱动方式示意图；
附图7是卡紧状态放大图；
附图8是驱动机构局部装配图；
图中：1、限位环，2、密封环，3、母接头密封弹簧，4、母接头复位弹簧，5、卡紧环，6、液压推力环，7、外套，8、卡爪推环，9、卡爪，10、公接头上部，11、公接头下部，12、公接头支撑环，13、公接头密封弹簧，14、导流板，15、公接头关断阀，16母接头关断阀，17、母接头支撑环，18、密封圈，19、锁簧，20、基座21、螺栓，22、公接头连接螺栓，23、连接块，91、卡爪头部，92、致断销钉，93、卡爪尾部，94、防干涉槽，111、耳板。
具体实施方式
紧急脱开装置正常工作时包含23个部分：1、限位环，2、母接头密封环，3、母接头密封弹簧，4、母接头复位弹簧，5、卡紧环，6、液压推力环，7、外套，8、卡爪推环，9、卡爪，10、公接头上部，11、公接头下部，12、公接头支撑环，13、公接头密封弹簧，14、导流板，15、公接头关断阀，16母接头关断阀，17、母接头支撑环，18、密封圈，19、锁簧，20、基座，21、螺栓，22、公接头连接螺栓，23、连接块。
如图1整个紧急脱开装置为一柱状结构，母接头限位环1通过螺纹与基座20连接，母接头支撑环17通过母接头限位环1与基座20的挤压固定，卡紧环5通过螺纹与母接头限位环1连接，外套7通过螺栓21与基座20连接，母接头关断阀16通过螺纹与母接头支撑环17连接，母接头支撑环17螺纹配合孔上部未开设螺纹部位安放锁簧，有效地防止连接松动情况，限位环1安装有密封圈18，有效地阻止介质流向装置内部，母接头密封弹簧3安装在母接头密封环2与限位环1形成的空腔，通过母接头密封弹簧3的压缩、复位可以实现母接头密封环2的轴向运动，母接头复位弹簧4安装在液压推力环6与卡紧环形成的空腔，通过母接头复位弹簧4的压缩、复位可以实现液压推力环6的轴向运动，公接头支撑环12通过螺纹与公接头下部11连接，公接头密封弹簧13套在公接头关断阀15的下部，导流板14通过焊接固定在公接头关断阀15。
如图2所示，紧急脱开装置在公、母接头连接状态时，复位弹簧4处于预压缩的原始状态，卡爪9处于张开状态，为公接头运动对接提供导向，公接头下部11外侧对称设计两处耳板111。
如图3所示，卡爪9设计有防干涉槽，卡爪9在周向均匀布置，数量12个，公接头上部10与公接头下部11通过公接头连接螺栓22连接，在周向均匀分布。
如图4所示，卡爪由卡爪头部91、卡爪尾部93和致断销钉92组成，卡爪头部91和卡爪尾部93通过致断销钉92固定在一起，在外力作用下，致断销钉92可被剪断，实现紧急脱开装置公、母接头的被动脱离。
如图5所示，卡爪推环8外侧周向方向设计3个均布的导向凸台防止其周向转动和12个均匀分布的连接槽，卡爪推环8内侧开设12个均匀分布的卡爪导向槽，限制卡爪9的周向转动。
如图6所示，驱动结构由液压油和母接头复位弹簧4提供动力，外套7外侧对称开设有进出油口71，进油加压时，母接头复位弹簧4被压缩，液压推力环6带动卡爪推环8向下轴向运动，卡爪9下压，实现连接致紧；泄压时，母接头复位弹簧4复位，带动液压推力环6和卡爪推环8向上轴向运动，卡爪9抬起，实现脱开。
如图7所示，卡爪9与卡爪推环8的卡紧接触面设计一定的角度，使其具有一定的自锁功能，当液压力有微小的波动时，保证卡紧的可靠性，卡爪9的接触面设计有方干涉槽，防止产生运动干涉。
如图8所示，卡爪推环8通过连接块23与液压推力环6连接，连接方式为间隙配合，方便装配与拆卸。
本发明的操作方式如下：
(1)紧急脱开装置在进行对接时，引缆在绞车的带动下带动接公接头向上运动，此时卡爪处于张开状态，引导公接头正确对接，从对接开始到结束这一阶段，公、母接头的密封弹簧被压缩，流道开启，此时并没有介质输送。
(2)对接完成，液压装置加载，驱动卡爪下压，实现公母接头的致紧，然后氮气吹扫，介质输送。
(3)介质输送完毕，再次进行氮气吹扫，液压装置卸载，母接头复位弹簧带动液压推力环和卡爪推环轴向运动，卡爪张开实现公、母接头脱开，同时阀门关闭。
(4)如遇紧急状态，液压装置泄荷，复位弹簧带动液压推力环和卡爪推环运动，卡爪张开的同时公母接头关断阀关闭，防止了介质的外泄；如若主动脱离方案失效，在力的作用下，卡爪的致断销钉被剪切断的同时关断阀关闭，实现紧急脱离。

Claims (7)

1.一种新型的穿梭油轮艉部受油口紧急脱开装置，可以实现正常工作时的快速连接以及在紧急情况下的主动脱开和被动脱开，保障海上输油作业的安全进行，其特征在于，本装置由卡紧机构、驱动机构、接头关断机构等组成。
2.根据权利要求1所述穿梭油轮艉部受油口紧急脱开装置，其特征在于：卡紧机构由卡爪推环、卡爪、卡紧环组成，卡紧方式为卡紧环卡紧凸台周向均匀分布12个卡爪，卡爪推环内部开设导向槽周向定位卡爪。
3.根据权利要求1所述穿梭油轮艉部受油口紧急脱开装置，其特征在于：驱动机构由驱动环、母接头复位弹簧、外套、密封圈、卡紧环，基座组成，外套上开设有进出油口，外套与液压推力环形成液压油腔，驱动方式为通过液压油进出和母接头复位弹簧压缩、复位产生驱动动作。
4.根据权利要求1所述穿梭油轮艉部受油口紧急脱开装置，其特征在于：接头关断机构母接头支撑环通过基座与限位环的挤压固定，关断阀安装有导流板，通过焊接固定。
5.根据权利要求1或2所述穿梭油轮艉部受油口紧急脱开装置，其特征在于：卡爪由头部、尾部和致断销钉组成，卡爪头部和尾部通过两颗致断销钉连接。
6.根据权利要求1或4所述穿梭油轮艉部受油口紧急脱开装置，其特征在于：母接头卡紧弹簧安装在母接头密封环，母接头密封环与限位环通过密封环进行密封。
7.根据权利要求1或2所述穿梭油轮艉部受油口紧急脱开装置，其特征在于：卡爪外侧受压面和卡爪推环内侧施压面设计有自锁角度，保证压力微小波动时公、母接头的可靠致紧。
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