专利名称：一种用于深海资源开采系统扬矿子系统中的球铰接头的制作方法
技术领域：
本发明属于机械制造领域，涉及一种用于深海资源开采系统扬矿子系统中的管接头，该接头是一种球铰接头。
背景技术：
集矿机与扬矿管道相结合的水力提升采矿系统是21世纪最有前途的第一代商业开采系统。在此系统中，扬矿管道之间的联接方式及其装置至关重要，是需要解决的技术关键之一。
扬矿管随采矿船在某一时间内以某一速度移动，扬矿管下端几乎为自由端，作业方式为移动式。扬矿管接头不仅要承受采矿系统的总载荷，而且还要为布放、回收作业提供支承面。扬矿管接头设计主要有两种设计方法，一种是参照国外深海采矿系统已有的关于扬矿管的研究成果和经验进行设计，另一种是借鉴和利用近海石油开采技术中钻杆或套管的设计标准进行设计。
国内外有过不少对扬矿管及其联接装置的研究。这些管接头的联接方式主要分为两种，一种是螺纹联接，一种是螺纹与卡环联接。
如OMA公司试采的扬矿管接头为管夹试；美国海德里尔公司和日本住友公司、川崎制铁公司研制出了两极柱螺纹接头、VAMACE接头、NEWVAM接头、FOX接头等等。我国在“八五”、“九五”期间，也研制出了螺纹联接的扬矿管接头。
国外的扬矿管及其接头为我国大洋多金属结核1000m海上开采系统中扬矿管及接头的设计提供了很好的借鉴素材，这些系统的抗拉强度高，密封性能比较好，可靠性强。它们有的螺纹扣牙受力均匀，有的密封性能好，有的经济性好。
虽然具有以上的优点，但是总的说来，它们都有一个缺点，就是这些接头都是刚性联接，这不适合深海采矿的工作要求，因为在海底作业工况下，有海浪和海流产生的液动力，还有采矿船拖航时产生的液动力，经过扬矿管传递到接头上会有很大的弯矩。这会造成不必要的变形而影响矿浆的传输，严重时甚至会发生失效破坏，在作业水深超过5000米时负面影响愈加突出，需要采用新型接头防止管道系统和其它设备发生过大的弯曲变形和损坏。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种球铰型式的接头，使扬矿管在深海采矿作业时只受轴向力，不受弯矩和扭矩，相当于柔性管，并且不会带来尺寸和重量的明显增加。
一种用于深海资源开采系统扬矿子系统中的球铰接头，其结构特点在于球铰接头由扬矿管1、螺栓2、螺母3、垫圈4、卡环5、外球套6、球头7、下接头球端连接件8、接头管端连接件9、上接头球端连接件10构成。上、下接头联接件10、8及接头管端连接件9用螺纹固紧在扬矿管1的两端不再拆卸，两个半圆卡环5通过四组螺栓把扬矿管1的上下接头联接件联接在一起。球头7和外球套6之间有一定的相对运动，可以保证接头有三个转动自由度。球头7和下接头连接件8之间采用螺纹连接，但要保证有一定的密封。
本发明的特征在于1)在结构上采用上、下接头联接件和卡环相联接的结构型式。上、下接头联接件用螺纹固紧在扬矿管的两端不再拆卸，两个半圆卡环通过四根螺栓把扬矿管的上下接头联接件联接在一起，其材料为40Cr。
2)没有焊接部件，联接强度高，拆装快捷，可多次重复使用，能为布放回收装置提供承载面，而且不需要专门的拧管机。
这次设计采用了球铰式联接，用球型铰接接头和卡环联接扬矿管，联接装置里的螺纹部分采用API标准，这样既吸取了国外的先进经验，又作了很大的改进，使扬矿管只受轴向力，不受弯矩和扭矩，相当于柔性管，满足设计要求。
本发明的效果通过球头和外球套的相对运动，释放接头的三个转动自由度，使扬矿管在运动中不受弯矩和扭矩，从而实现扬矿管之间的柔性联接。通过螺纹部分的密封防止扬矿管中物质的外漏，实现安全运输并且无环境污染。这种球铰接头适用于大洋锰结核、富钴结壳、热液硫化物等多种深海资源的提升系统。
图1是以前扬矿管连接的剖视2是本发明实施例的剖视图具体实施方式
以下，利用图面的实施形态来说明本发明。
球铰接头由扬矿管1、螺栓2、螺母3、垫圈4、卡环5、外球套6、球头7、下接头球端连接件8、接头管端连接件9、上接头球端连接件10构成。
图2的剖面图中，为了使设计的结果能够满足多项要求，设计中使用的几处螺纹连接，包括扬矿管1端头与接头管端连接件的连接，外球套6和上接头球端连接件10的连接，球头7和下球头端连接件8的连接，接头管端连接件9和扬矿管端头的连接。以上所有连接均使用密封材料。由于扬矿管在使用中承受巨大的轴向拉力，故所有连接要求较高的加工工艺。
扬矿管1与上接头球端连接件10的连接使用了两个半圆卡环5通过四组螺栓联接在一起，这一部分是完全固定的，零件间没有可移动空间，除更换零件以外都可看作一个整体，不再拆卸。
接头管端连接件9和扬矿管端头的连接同样使用两个半圆卡环5通过四组螺栓联接在一起，同样是固定的，零件间没有可移动空间，除更换零件以外的时候都可看作一个整体，不再拆卸。
上接头连接件10与外球套6及下接头连接件8与球头7的部分是本设计的关键部分，上接头连接件10与外球套6的连接使内部形成一个球面，球头7可以在内部自由转动一定的角度，除了扬矿管的方向外还有二个转动自由度，放到整个扬矿管中，使扬矿管在运动中不受弯矩和扭矩，从而实现扬矿管之间的柔性联接。
球头7和下接头连接件8之间采用的螺纹连接要求较高，以耐温、抗水的多效脂基加入一定量的抗磨、耐极压及抗腐蚀等添加剂而制得的具有良好密封润滑脂作为密封材料，确保球铰接头和扬矿管联接处的螺纹部分的密封。
权利要求
1.一种用于深海资源开采系统扬矿子系统中的球铰接头，其特征在于球铰接头由扬矿管(1)、螺栓(2)、螺母(3)、垫圈(4)、卡环(5)、外球套(6)、球头(7)、下接头球端连接件(8)、接头管端连接件(9)、上接头球端连接件(10)构成；上、下接头联接件(10)、(8)及接头管端连接件(9)用螺纹固紧在扬矿管的两端不再拆卸，两个半圆卡环(5)通过四组螺栓把扬矿管(1)的上下接头球端联接件联接在一起；球头(7)和外球套(6)之间能相对运动，保证接头有三个转动自由度；球头(7)和下接头球端连接件(8)之间采用螺纹连接。
2.如权利要求1所述的球铰接头，其特征在于球头(7)和下接头连接件(8)之间的螺纹连接部分、上接头联接件(10)通过螺纹与外球套(6)连接部分加入了以耐温、抗水的多效脂基加入抗磨、耐极压及抗腐蚀等添加剂而制得的具有良好密封润滑脂作为密封材料，确保球铰接头和扬矿管联接处的螺纹部分的密封。
3.如权利要求1所述的球铰接头，其特征在于适用于大洋锰结核、富钴结壳、热液硫化物深海资源的提升系统。
全文摘要
一种用于深海资源开采系统扬矿子系统中的球铰接头。属于机械制造领域。其特征在于其由扬矿管(1)、螺栓(2)、螺母(3)、垫圈(4)、卡环(5)、外球套(6)、球头(7)、下接头球端连接件(8)、接头管端连接件(9)、上接头球端连接件(10)构成。两个半圆卡环(5)通过四组螺栓把扬矿管(1)的接头与上接头端联接件(10)联接在一起，上接头联接件(10)通过螺纹与外球套(6)连接，球头(7)和下接头球端连接件(8)之间采用螺纹连接，球头(7)和外球套(6)之间能相对运动，保证接头有三个转动自由度，接头管端连接件(9)用螺纹固紧在扬矿管端头不再拆卸。本发明通过球头和外球套的相对运动，实现了扬矿管之间的柔性联接。没有焊接部件，联接强度高，拆装快捷，可多次重复使用。
文档编号F16L27/02GK1948812SQ200610114320
公开日2007年4月18日 申请日期2006年11月6日 优先权日2006年11月6日
发明者张文明, 冯雅丽, 冯福璋, 徐妍, 汤伟, 魏国昌, 齐巍 申请人:北京科技大学