深水法兰自动连接的螺母对齐及拧紧装置

(一)技术领域

本发明涉及的是一种可用于深水法兰自动连接的螺母对齐及拧紧装置。

(二)背景技术

深水海底管道机械式连接常采用法兰自动连接方式。法兰自动连接的简单过 程是，先由遥控潜水器ROV(Remotely Operated Vehicle)控制H架，把海床上需 要对接的管道支撑起来，再由对准机具实现管道轴向位置和径向位置的对齐，最 后ROV操纵法兰自动连接机具完成管道法兰的连接。本发明的深水螺母对齐及 拧紧装置即为法兰自动连接机具的一部分，可以用于拧紧六角头螺栓或双头螺 柱，它不仅可以使螺母与对应螺栓的轴线对齐，还可以实现拧入螺母功能。通过 合理控制预紧力，保证法兰连接的紧密性。

Sonsub International Ltd.(Sonsub国际有限公司)1998中公开的METHOD AND APPARATUS FOR CONNECT-ING UNDERWATER CONDUITS(深水管 道连接方法与设备)中的技术方案螺母库为三瓣式结构，不能旋转对孔，完成对 孔需要其它辅助设备，所以结构复杂；Allseas Group S.A.(Allseas集团)1998 中公开的METHOD AND APPARATUS FOR UNDERWATER CONNECTION OF PIPE PIECES AND BOLT THEREFOR(水下管道螺栓连接的方法与设备)中的 技术方案，螺栓库与螺母库是连为一体，不有利于运输和方便ROV携带；STOLT OFFSHORE LIMITED.(STOLT OFFSHORE LIMITED公司)2001中公开的 REMOTE BOLTED FLANGE CONNECTION APPARATUS AND METHODS OF OPERATION THEREOF(远程螺栓法兰连接的设备与方法)中的技术方案的螺 栓库与螺母库也是连为一体的，其上安装有机械手，用于辅助插入螺栓。其体积 庞大，结构非常复杂。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种具有螺母对孔调节并拧入螺栓的功能，能够满足 深水海底管道法兰自动连接的要求的深水法兰自动连接的螺母对齐及拧紧装置。

本发明的目的是这样实现的：由支座1、开合器2、调孔器3和扳手座4四 部分组成，开合器2通过开合定位轴6安装在支座1上，支座的前部挡板内侧安 装有两个驱动开合器2的液压缸，调孔器3安装在开合器2内侧，调孔器3上有 拨杆15，开合器2上设置有与拨杆15相配合的调孔液压缸12，扳手座4通过作 为导轨的轴安装在调孔器3上，调孔器3上设置有进给液压缸17。

本发明还可以包括：

1、所述的支座上设置有ROV接口模块5、开合定位轴6、油口7和夹具8。

2、所述的开合器设置有定位孔9、开合液压缸10、支点11、调孔液压缸12 和槽型轨道13，开合液压缸10通过支点11安装在开合器上。

3、所述的调孔器由外瓦片14、拨杆15、内瓦片16、进给液压缸17和轴孔 18组成，外瓦片14连接于内瓦片16外，拨杆15固定在内瓦片16上。

4、所述的扳手座由扳手仓19、扳手20和液压缸座21组成。液压缸座21 安装在扳手仓19上和扳手仓固结，液压缸座内安装八个液压缸，用来拉伸螺栓。

本发明是一种深水法兰自动连接的螺母对齐及拧紧装置结构设计。它具有螺 母对孔调节并拧入螺栓的功能，能够满足深水海底管道法兰自动连接的要求。

本发明根据已有资料，设计出的适用于深水法兰自动连接的螺母对齐及拧紧 装置。螺母安装在螺母库的扳手仓内，螺母数目与法兰孔数相同。在进给液压缸 作用下，螺母随扳手仓沿管道作进给运动；在调孔液压缸作用下，螺母随扳手仓 又可以绕管道转动。这样可以实现螺母与螺栓轴线的对齐和螺母拧入螺栓的功 能。

本发明结构简单、可靠性高，并且可适用于水下3000米的管道法兰自动连 接。

(四)附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是支座的结构示意图；

图3是开合器的结构示意图；

图4是调孔器的结构示意图；

图5是扳手座的结构示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，螺母库对孔调节拧紧装置主要由支座1、开合器2、调孔器3和 扳手座4四大部分组成。其中开合器2、调孔器3和扳手座4构成螺母库。支座 1承载螺母库并把螺母库定位到连接管道上，用以定位螺母库；开合器2用以开 合螺母库；调孔器3用以调节扳手座与法兰孔对齐；扳手座4可以实现拉伸和拧 紧螺母的动作。

结合图2，支座主要包括：ROV接口模块5、开合定位轴6、油口7、夹具8。 支座1是整个螺母库的载体，用来承载螺母库，它占据着螺母库的大部分质量和 体积。螺母库通过ROV接口模块5与ROV结合，实现水下立体空间移动。ROV 接口模块是一个通用接口模块，用以联系作业工具与ROV。开合定位轴6安装 在轴孔中以承载开合器。支座的前部挡板内侧安装两个液压缸以驱动开合器2， 液压缸的缸桶是以铰接的形式安装到支座的前部挡板上。油口7处安装油源通用 接口模块，通过它实现ROV给螺母库供油。夹具8用以定位螺母库。

螺母库支座其主要有以下几个功能：(1)螺母库的支撑载体；(2)与ROV通用 接口模块结合，实现螺母库的水下移动；(3)其上备有浮力块，减轻螺母库在水 下的相对重量；(4)与油源通用接口模块结合，实现ROV供油；(5)定位于被连接 管道外壁。

结合图3，开合器主要包括：定位孔9、开合液压缸10、支点11、调孔液 压缸12、槽型轨道13。定位孔9加工精度较高，且其内表面光滑抗摩。螺母库 的第二精度取决于该定位孔(第一精度取决于螺母库的夹具)。开合液压缸属于 第三精度，如果开合精度达不到，螺母也同样不能很好地与螺栓对齐。开合液压 缸10拉动开合器整体，绕支点11转动实现开合器的开合运动。调孔液压缸12 安装在开合器上以实现扳手与法兰孔的对齐，它与调孔器上的拨杆连接。液压缸 的直线运动转换为调孔器的绕轴向转动。槽型轨道13有两个作用，其一，调孔 器的拨杆可以贯穿开合器与开合器上的液压缸连接，实现调孔器的转动；其二， 调孔器之所以能够安装到半圆形的开合器上，是因为有一槽型轨道，以两层圆弧 形瓦片夹住开合器，这样形成了调孔器与开合器的径向约束，可以周向运动，而 没有径向的移动。总之，开合器的功能是实现螺母库的开合，并与支座和调孔器 配合，完成其他的功能。

结合图4，调孔器结构主要包括：外瓦片14、拨杆15、内瓦片16、进给液 压缸17、轴孔18。外瓦片14约束调孔器和开合器的径向位移，其内壁要有很高 的表面处理。内瓦片16内壁安装一个液压缸，外壁做精磨等表面处理(因为它 与开合器有滑动摩擦的接触，可以称其为第四影响精度)。外瓦片14和内瓦片 16通过一个杆或者肋固结，保证内瓦片16和外瓦片14之间圆柱度和间隙。开 合器夹在外瓦片14和内瓦片16之间转动以实现调孔过程。拨杆15一端固结在 内瓦片16上，一端与开合器的调孔液压缸12连接，通过开合器上的调孔液压缸 12伸长或缩短，带动拨杆15来回摆动，实现调孔过程。每一半的调孔器的内部 有两个轴孔18，安装有两个轴作为导轨，扳手座4沿着这一轴向导轨实现轴向 的移动。内瓦片内壁的进给液压缸17带动扳手座4沿着轴向轨道进给或后退。 调孔器用以实现螺母和螺栓的对齐。其拨杆和开合器上的调孔液压缸12连接， 以实现调孔器的旋转。总的来说，调孔器的主要功能是实现螺母库的调孔，也可 以配合开合器和扳手座辅助实现其他的功能。

结合图5，扳手座4是螺母库最重要的部分，承担着拉伸螺栓并最终拧紧螺 栓的运动。其主要由扳手仓19、扳手20和液压缸座21组成。液压缸座21安装 在扳手仓19上和扳手仓固结，液压缸座内安装八个液压缸，用来拉伸螺栓。扳 手座扳手仓内安装扳手20，其为专用扳手，每一半的扳手仓安装有八个扳手， 扳手20和液压缸座21内的液压缸通过联轴器连接，形成一个拉伸拧紧扳手装置。 扳手仓19通过外接进给液压缸17沿轴向运动，实现整个扳手座4的轴向进给。

综上，螺母库主要作用是用来调整螺母与对应螺栓轴心对齐，之后拧紧螺母 的装置，它共有五个基本过程：

(1)夹紧，初始管道的定位是一个夹紧过程，整个螺母库通过支座上的夹具8 实现夹紧动作。这个过程是螺母库工作的第一步，通过自身定位装置定位到管道 外壁上，实现螺母库初步定位到焊接有固定法兰一侧的管道外壁。

(2)开合，开合动作由支座上的开合液压缸10和开合器2完成，通过液压缸 的伸缩来打开和合上开合器。这是螺母库工作的第二步，它把开合器包络到管道 上，使16个扳手20排列在一个圆周之上，实现螺母拧入。

(3)对孔，由调孔液压缸12和拨杆15共同完成对孔动作，只要液压缸伸长 或缩短一定的距离，就会等效为调孔器绕着轴向转动一定的角度。这是螺母库工 作的第三步，它把扳手20和法兰孔对齐，简单的说这是一个开合器2的旋转运 动。

(4)进给，扳手座4轴向进给以保证螺母拧入的进给，它通过安装在调孔器 内侧的进给液压缸17的伸缩来实现扳手座的进给。该过程是螺母库工作的第四 步，它主要用来进给螺母，只要保证进给速度和螺母拧入速度相等即可。

(5)拧紧，通过扳手座4中的专用扳手最终实现螺母的拧紧。