一种用于海底管道维修管卡的密封装置的制作方法

本发明涉及海洋石油开发领域，更具体地说，涉及一种用于海底管道维修管卡的密封装置。

背景技术：

海底油气管道维修管卡应用于海管堵漏维修，安装操作过程无需焊接，具有操作简便、修复快速、修复成本较低等优点，其广泛应用于对局部损伤或泄漏的海管应急维修领域。

海管应急维修管卡一般为两片式可开合设计，由潜水员或水下机器人(rov)使用螺栓将其安装固定到待维修的管道外部，由密封系统在管卡和管道间形成能够承受预定压力的密闭环形空间，同时管卡本身加强了管道结构强度，从而达到封堵、修复管道的目的。

密封装置是海管维修管卡的关键部件设备，直接决定海底管线维护抢修的成败。因此，研制配套海底油气管道维修管卡的密封装置对保障油气田的安全生产具有重要意义。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种用于海底管道维修管卡的密封装置，密封压力大，密封性能好，可靠性高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于海底管道维修管卡的密封装置，其包括壳体、锁紧结构、密封结构；

所述壳体包括相互配合安装的第一壳体和第二壳体；

所述密封结构包括沿所述壳体的轴向方向设置在所述壳体中的第一轴向密封条和第二轴向密封条、沿所述壳体的径向方向分别设置在所述第一轴向密封条两端的第一径向密封圈、以及沿所述壳体的径向方向分别设置在所述第二轴向密封条两端的第二径向密封圈；

所述第一轴向密封条的轴向长度大于所述第二轴向密封条的轴向长度，所述第一径向密封圈、第二径向密封圈均包括设置在所述第一壳体中的第一半部和设置在所述第二壳体中的第二半部；

所述锁紧结构分别设置在所述壳体的两端，以推动所述第一径向密封圈、第二径向密封圈分别抵紧所述第一轴向密封条、第二轴向密封条。

在一些实施例中，所述第一壳体上设有与所述第二壳体贴合的第一贴合面，所述第二壳体上设有与所述第一壳体贴合的第二贴合面，所述第一贴合面上分别开设有用于放置所述第一轴向密封条、第二轴向密封条的互不相通的第一沟槽、第二沟槽。

在一些实施例中，所述第二轴向密封条呈直条状，所述第一轴向密封条对应所述第二轴向密封条的位置沿径向向外凸出形成有弯折部。

在一些实施例中，所述第一轴向密封条、第二轴向密封条的横截面均为圆形，所述第一沟槽、第二沟槽为方形沟槽，所述方形沟槽的横截面积略大于所述第一轴向密封条、第二轴向密封条的横截面积。

在一些实施例中，所述第一轴向密封条、第二轴向密封条、第一径向密封圈、第二径向密封圈均采用氟橡胶材料制成。

在一些实施例中，所述第一半部和所述第二半部的交接处设有相互咬合的齿状结构。

在一些实施例中，所述密封结构还包括密封测试组件，所述密封测试组件包括设置在所述壳体上的操作面板、以及与所述操作面板连接的进油管；

所述第一轴向密封条、第二轴向密封条、第一径向密封圈、第二径向密封圈之间形成有密封中腔，所述进油管的出油口与所述密封中腔相连通。

在一些实施例中，所述锁紧结构包括设置在所述壳体端面外的法兰、与所述法兰连接沿轴向伸入所述壳体中的卡瓦套、配合在所述卡瓦套内侧壁的卡瓦、设置在所述卡瓦套远离所述法兰一端的推杆、以及固定所述法兰和所述壳体的径向紧固组件；

所述密封装置还包括用于固定所述第一壳体和所述第二壳体的轴向紧固组件，所述轴向紧固组件与所述径向紧固组件相垂直。

在一些实施例中，所述锁紧结构还包括设置在所述推杆和所述第一径向密封圈之间的径向密封压缩环、设置在所述第一径向密封圈和所述第二径向密封圈之间的径向密封滑环、以及设置在所述第二径向密封圈远离所述第一径向密封圈一端的径向密封挡环。

在一些实施例中，所述锁紧结构包括径向密封限位环，所述第一径向密封圈、第二径向密封圈分别卡设在每两个径向密封限位环之间；所述径向密封限位环的截面呈l型，所述径向密封限位环朝向所述第一轴向密封条、第二轴向密封条的一侧具有开口。

实施本发明至少具有以下有益效果：本发明的用于海底管道维修管卡的密封装置，第一轴向密封条的两端分别与第一径向密封圈紧密接触，形成位于外层的第一层密封结构；第二轴向密封条的两端分别与第二径向密封圈紧密接触，形成位于内层的第二层密封结构，双层密封具有密封性能好、密封可靠性高、密封压力大等优点，尤其适用于深水域的海底管道维修管卡。安装完成后，在第一轴向密封条、第二轴向密封条、第一径向密封圈、第二径向密封圈之间形成有密封中腔，可通过在该密封中腔中进行压力测试，确保密封装置安装成功。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一些实施例中海底管道维修管卡的结构示意图；

图2是本发明一些实施例中密封结构的结构示意图；

图3是本发明一些实施例中第一径向密封圈和第二径向密封圈的第一半部和第二半部的配合结构示意图；

图4是本发明一些实施例中第一轴向密封条和第二轴向密封条的分解结构示意图；

图5是本发明一些实施例中海底管道维修管卡第一壳体的结构示意图；

图6是本发明一些实施例中海底管道维修管卡第二壳体的结构示意图；

图7是本发明一些实施例中法兰、卡瓦、卡瓦套、推杆的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1-7所示，本发明一些实施例中的用于海底管道维修管卡的密封装置可包括壳体、锁紧结构、密封结构。其中，壳体可包括相互配合安装的第一壳体21和第二壳体22，第一壳体21和第二壳体22可拼合形成开合结构，以便于安装在海管1外。密封结构可包括轴向密封系统和径向密封系统两部分。轴向密封系统沿海管1的轴向长度方向进行密封，其可包括沿壳体的轴向方向设置在壳体中的第一轴向密封条41和第二轴向密封条42，且第一轴向密封条41与第二轴向密封条42的轴向长度不等。径向密封系统沿海管1的径向方向进行密封，其可包括沿壳体的径向方向分别设置在第一轴向密封条41两端的第一径向密封圈31、以及沿壳体的径向方向分别设置在第二轴向密封条42两端的第二径向密封圈32。第一轴向密封条41、第二轴向密封条42、第一径向密封圈31、第二径向密封圈32均可采用橡胶等柔性材料制成，并可在外力的作用下发生弹性变形。锁紧结构分别设置在壳体的两端，以推动第一径向密封圈31、第二径向密封圈32分别抵紧第一轴向密封条41、第二轴向密封条42，实现密封。

本发明的实施例中，第一轴向密封条41的轴向长度大于第二轴向密封条42的轴向长度。第一轴向密封条41、第二轴向密封条42、第一径向密封圈31、第二径向密封圈32均设置有两个，即轴向密封系统和径向密封系统均为双层密封设计。两个第一轴向密封条41的两端分别与两个第一径向密封圈31紧密接触，形成位于外层的第一层密封结构；两个第二轴向密封条42的两端分别与两个第二径向密封圈32紧密接触，形成位于内层的第二层密封结构。双层密封设计具有密封性能好、密封可靠性高、密封压力大等优点。安装完成后，在第一轴向密封条41、第二轴向密封条42、第一径向密封圈31、第二径向密封圈32之间形成有密封中腔34，可通过在该密封中腔34中进行压力测试，确保密封系统安装成功。

如图1、5、6所示，在本实施例中，第一壳体21、第二壳体22的外截面均为方形。第一壳体21、第二壳体22可采用不锈钢等金属材质制成。第一壳体21还可包括呈半圆形的第一卡接槽214，其可由第一壳体21面向第二壳体22的一侧壁内凹形成。第二壳体22还可包括呈半圆形的第二卡接槽224，其可由第二壳体22面向第一壳体21的一侧壁内凹形成。第一卡接槽214和第二卡接槽224相互拼合形成圆形空腔，以便于卡装在海管1的外部。

第一壳体21上还可设有与第二壳体22贴合的第一贴合面213，第一贴合面213可包括分别位于第一卡接槽214两侧的平面。第二壳体22上还可设有与第一壳体21贴合的第二贴合面223，第二贴合面223可包括分别位于第二卡接槽224两侧的平面。第一贴合面213、第二贴合面223在第一壳体21和第二壳体22相互拼接时相互贴合。

在一些实施例中，该密封装置还可包括轴向紧固组件8，用于固定第一壳体21和第二壳体22，同时压缩激活第一轴向密封条41、第二轴向密封条42。轴向紧固组件8可沿第一壳体21、第二壳体22的开合方向设置。轴向紧固组件8可包括多个轴向紧固螺栓，其可沿壳体的上下两排均匀分布，每排轴向紧固螺栓沿壳体的轴向方向依次均匀间隔排布。

在一些实施例中，该密封装置还可包括定位结构，其可在海底管道维修管卡下放置海底时，在潜水员或rov(水下机器人)操作前，对第一壳体21和第二壳体22进行定位。定位结构可包括分别安装在壳体轴向两端的定位支架25、以及连接两定位支架25的连接杆26。定位支架25上可设有卸扣24，用于海底管道维修管卡的海上吊装和下放。连接杆26沿壳体的轴向方向设置，其两端分别伸出壳体之外。第一壳体21和第二壳体22可绕着连接杆26转动，从而关闭或打开第一壳体21和第二壳体22。

如图2-6所示，第一径向密封圈31、第二径向密封圈32均可包括设置在第一壳体21中的第一半部311和设置在第二壳体22中的第二半部312。第一半部311配合安装在第一卡接槽214的内侧壁，第二半部312配合安装在第二卡接槽224的内侧壁。第一半部311、第二半部312均可大致呈半圆环形结构，第一壳体21、第二壳体22闭合后，第一半部311和第二半部312相互拼合形成一个完整的圆环形密封圈，该圆环形密封圈紧密贴合在海管1的外部，以密封海管1。进一步地，第一半部311和第二半部312的交接处可设有相互咬合的齿状结构，以增大第一半部311、第二半部312接合时的接触面积，使第一半部311和第二半部312在压力的作用下相互紧密咬合，提高径向密封的可靠性。

在本实施例中，第一径向密封圈31的第一半部311与第二径向密封圈32的第一半部311结构相同，其各自的第一半部311的两端分别设有一个齿形凸起。第一径向密封圈31的第二半部312与第二径向密封圈32的第二半部312结构相同，其各自的第二半部312的两端分别设有一个齿形凹槽。第二半部312的齿形凹槽与第一半部311的齿形凸起相互咬合。在其他实施例中，第一半部311、第二半部312的两端也可分别对应设置有多个齿形凸起和多个齿形凹槽。

在另一些实施例中，第一径向密封圈31的第一半部311也可以与第二径向密封圈32的第一半部311结构不同，第一径向密封圈31的第二半部312也可以与第二径向密封圈32的第二半部312结构不同。

在本实施例中，两条第一轴向密封条41、以及两条第二轴向密封条42均可设置在第一壳体21中。第一壳体21上开设有分别用于安装第一轴向密封条41、第二轴向密封条42的第一沟槽211、第二沟槽212，且第一沟槽211、第二沟槽212互不相通。具体地，第一沟槽211、第二沟槽212均可开设在第一贴合面213上，且第二沟槽212与壳体中轴线之间的距离小于第一沟槽211与壳体中轴线之间的距离。第二轴向密封条42可呈直条状；第一轴向密封条41对应第二轴向密封条42的位置沿径向向外凸出形成有弯折部411，以提供第二轴向密封条42的安装空间。

第二贴合面223对应第一轴向密封条41、第二轴向密封条42的位置为光滑的平面。当第一壳体21、第二壳体22闭合并在轴向紧固组件8的作用下紧密贴合时，第一轴向密封条41、第二轴向密封条42可在第二贴合面223的挤压下发生弹性变形，从而被挤入到由第二贴合面223和第一沟槽211、第二沟槽212形成的封闭空间内。

第一沟槽211、第二沟槽212的横截面积可分别略大于第一轴向密封条41、第二轴向密封条42的横截面积，避免由于过盈配合而导致轴向密封条的边部溢出。

进一步地，第一轴向密封条41、第二轴向密封条42的横截面均可为圆形，第一沟槽211、第二沟槽212均可为方形沟槽。圆形的轴向密封条在受压后会紧密贴合方形沟槽的内壁，更容易在方形沟槽内产生密封压力，密封硬度高。另外，圆形的轴向密封条具有“自加强”的特点，在外加压力的作用下，轴向密封条与壳体、海管1表面的接触压力会随之增加，从而达到密封的要求。可以理解地，在其他实施例中，第一轴向密封条41、第二轴向密封条42、第一沟槽211、第二沟槽212的横截面也可以为其他形状。

第一沟槽211、第二沟槽212的轴向两端均设置有与第一卡接槽214和第二卡接槽224相连通的开口，以便于第一轴向密封条41、第二轴向密封条42在该位置分别与第一径向密封圈31、第二径向密封圈32接触，实现密封。

在另一些实施例中，第一轴向密封条41、第二轴向密封条42也可都设置在第二壳体22中，或者第一轴向密封条41、第二轴向密封条42分别设置在第一壳体21、第二壳体22中。

通常，密封结构的材料要求具有良好的物理机械性能(弹性强度、硬度、耐磨性、耐压缩性、耐撕裂性等)、耐低温性、耐热性、不透气性和化学稳定性(耐油、耐酸、耐水等)。本发明中，第一轴向密封条41、第二轴向密封条42、第一径向密封圈31、第二径向密封圈32均采用较高硬度的氟橡胶材料制成。

如图5-7所示，锁紧结构可包括法兰61、卡瓦套62、卡瓦63、推杆64、径向紧固组件69、径向密封压缩环65、径向密封滑环66、径向密封限位环67、以及径向密封挡环68。法兰61、卡瓦套62、卡瓦63、径向密封压缩环65、径向密封滑环66、径向密封限位环67、以及径向密封挡环68均可包括安装在第一壳体21上的第一半圆环部和安装在第二壳体22上的第二半圆环部，在第一壳体21和第二壳体22闭合后，各自形成完整的圆环结构，以卡装在海管1的外部。法兰61、卡瓦套62、卡瓦63、推杆64、径向密封压缩环65、径向密封滑环66、以及径向密封挡环68、径向紧固组件69均可采用不锈钢等金属材料制成。

法兰61分别设置在壳体两端的端面外，法兰61与壳体端面之间通过径向紧固组件69固定连接。径向紧固组件69可沿壳体的轴向方向设置，其可与轴向紧固组件8相互垂直设置。径向紧固组件69可包括多个沿法兰61的周向均匀间隔设置的径向紧固螺栓。径向紧固组件69可用于第一径向密封圈31、第二径向密封圈32的激活，当法兰61在径向紧固组件69的作用下推动挤压第一径向密封圈31、第二径向密封圈32时，第一径向密封圈31、第二径向密封圈32与第一轴向密封条41、第二轴向密封条42沿海管径向方向发生挤压接触，实现第一轴向密封条41、第二轴向密封条42和第一径向密封圈31、第二径向密封圈32交接处在设计密封压力下的密封。

卡瓦套62与法兰61连接并沿轴向伸入到壳体中，其可贴设在第一卡接槽214、第二卡接槽224的内侧壁。进一步地，卡瓦套62与法兰61可为一体结构。卡瓦63配合安装在卡瓦套62的内侧壁，其可在卡瓦套62的推动下抓紧海管1的外壁。卡瓦套62的内侧壁、卡瓦63的外侧壁分别设有至少一个第一抓紧齿621、至少一个第二抓紧齿631，第一抓紧齿621与第二抓紧齿631相互配合。进一步地，第一抓紧齿621的内壁面、第二抓紧齿631的外壁面为锥面状，且该锥面的直径由朝向法兰61的一端向远离法兰61的一端逐渐增大。第一抓紧齿621内壁面的锥面与第二抓紧齿631外壁面的锥面相互配合，通过锥面之间的接触驱动，可在推动卡瓦63时，推动卡瓦套62沿壳体的径向向其中心移动，进而抓紧海管1，同时实现管卡的对中操作。卡瓦63的内侧壁还可设有第三抓紧齿632，以便于抓紧海管1外壁。推杆64设置在卡瓦套62远离法兰61的一端，其可沿壳体的轴向设置。推杆64可以为一个或多个，并可沿卡瓦套62的周向均匀间隔设置。

径向密封压缩环65设置在推杆64和第一径向密封圈31之间，径向密封滑环66设置在第一径向密封圈31和第二径向密封圈32之间，径向密封挡环68设置在第二径向密封圈32远离第一径向密封圈31的一端。径向密封压缩环65、径向密封滑环66、径向密封挡环68均可贴设在第一卡接槽214、第二卡接槽224的内侧壁。第一卡接槽214、第二卡接槽224对应径向密封挡环68的位置形成有台阶，径向密封挡环68抵靠在该台阶处。在径向紧固组件69的作用下，壳体两端的法兰61通过推杆64推动径向密封压缩环65和径向密封滑环66，从而挤压第一径向密封圈31、第二径向密封圈32。第一径向密封圈31、第二径向密封圈32在沿海管轴向方向挤压力的作用下，发生变形抵紧海管外壁，产生接触压力，实现密封。

第一径向密封圈31、第二径向密封圈32的轴向两侧还可设置有径向密封限位环67，第一径向密封圈31、第二径向密封圈32分别卡设在每两个径向密封限位环67之间。径向密封限位环67用于限制第一径向密封圈31、第二径向密封圈32的位置，当第一径向密封圈31、第二径向密封圈32被压缩时，引导其径向变形，从而封堵壳体与海管1之间的径向间隙。径向密封限位环67可贴设在第一卡接槽214、第二卡接槽224的内侧壁，其可采用不锈钢等金属材料制成。径向密封限位环67的截面可呈l型，其朝向第一轴向密封条41、第二轴向密封条42的一侧具有开口，以便于第一径向密封圈31、第二径向密封圈32能紧密贴合在第一轴向密封条41、第二轴向密封条42上。本发明中的锁紧结构，结构更灵活，便于应用在不同长度的壳体中，第一轴向密封条41、第二轴向密封条42的安装位置也更加灵活，便于满足不同海管的堵漏需求。

在其他实施例中，锁紧结构也可通过其他结构方式实现。例如，锁紧结构中也可不设置有推杆64、径向密封压缩环65，而由卡瓦63和/或卡瓦套62直接推动第一径向密封圈31和第二径向密封圈32；锁紧结构中也可不设置有径向密封挡环68，第二径向密封圈32直接抵靠在第一卡接槽214、第二卡接槽224的台阶处。

在一些实施例中，该用于海底管道维修管卡的密封装置还可包括密封测试组件7。密封测试组件7可与rov连接，由rov进行操作。

密封测试组件7可包括设置在壳体上的操作面板72、以及与操作面板72连接的进油管73。进油管73的出油口与密封结构中的密封中腔34相连通，在安装完成后，可通过该进油管73给密封中腔34做压力测试，从而测试密封系统是否达到设计要求。操作面板72可设置在第一壳体21的外壁上。操作面板72包括压力表、压力传感器等压力检测器件，以便于测试并显示压力测试的各项数据。操作面板72上还可设置有rov接口，以便于连接rov进行操作。

密封测试组件7还可包括至少一个液压缸71。液压缸71的伸缩方向与第一壳体21、第二壳体22的开合方向平行，通过液压缸71的伸缩运动带动第一壳体21和第二壳体22开合。在本实施例中，密封测试组件7可包括分别设置在壳体轴向两端的两组液压缸71，每组液压缸71包括至少一个液压缸。

在一些实施例中，该用于海底管道维修管卡的密封装置还可包括设置在壳体外的牺牲阳极23，用于海底管道维修管卡的水下防腐。牺牲阳极23可安装在第一壳体21的外壁上。

本发明中的用于海底管道维修管卡的密封装置的安装过程大致如下：在海底管道维修管卡下放到位后，先由潜水员或rov通过操作面板72驱动液压缸71，第一壳体21和第二壳体22绕着连接杆26转动，第一壳体21和第二壳体22关闭；上紧轴向紧固组件8，将第一壳体21和第二壳体22紧固在一起，同时压缩激活第一轴向密封条41、第二轴向密封条42；再由潜水员或rov操作上紧径向紧固组件69，推动卡瓦63抓紧海管1的外壁，同时压缩激活第一径向密封圈31、第二径向密封圈32；最后，通过进油管73给密封中腔34做压力测试，在保证一段时间内压力不下降后，即可确认密封系统达到设计要求，安装过程结束。

本发明中的密封装置尤其适用于深水域的海底管道维修管卡，可通过潜水员或rov操作安装激活，具有密封可靠性高、激活过程简便、安全性好、维修成本低等优点；在激活完成后可对双层密封系统中的密封中腔进行密封压力测试，以确保密封系统安装激活成功；密封压力大，最大密封压力可以达到38mpa以上，具有明显的优势和广泛的应用前景。可以理解地，本发明中密封装置的结构包括但不限于双层密封系统，其也可以应用于三层或三层以上的密封系统中。

可以理解地，上述各技术特征可以任意组合使用而不受限制。

以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。