一种柔性接头的制作方法

1.本发明属于采油平台领域，具体地说是一种柔性接头。


背景技术：

2.柔性接头(flex joint)在生产系统和钻井立管系统中得到广泛应用。钢悬链立管(steel catenary risers，scr)系统在水流中存在周期性运动，会造成其结构的疲劳失效。钢悬链立管的运动，是浮体运动和水动力运动的耦合。浮体平台在风浪流作用下会产生周期性运动，运动作用于立管顶端边界，迫使立管进行周期性运动；立管受流同时也会产生运动，立管的受流运动反作用于浮体平台。立管和浮体平台的运动是耦合关系。scr工作时主要承受海洋环境中波浪、海流、海风、管内液体以及一些不确定因素的相互作用。在dnv(挪威船级社)的规范中，对立管的相关载荷划分为功能载荷，压力载荷、环境载荷。功能载荷包括scr的自重、海水对scr的浮力、scr内部生产液体和气体的重力、柔性接头与scr的相互作用力等。压力载荷包括scr外部的流体静力载荷、scr内部的流体静力载荷以及流体动力载荷。环境载荷包括海水的波浪载荷、海风载荷、冰载荷和地震载荷。
3.柔性接头目前已经成为钢悬链线立管的关键部件，主要原因如下：
4.(1)能够显著降低浮式装置和立管之间的运动应力。
5.(2)柔性接头可以用于天然气、石油和水的内输或者外输立管。
6.(3)可以根据具体的应用需求进行柔性接头设计。
7.(4)可以适应不同的连接方式。
8.(5)可以提供
±
20
°
转角。
9.(6)能够承受10,000psi操作压力
10.(7)能够支撑11,000kips轴向张力。
11.为了满足产品的大转角的需要，现有的柔性接头结构是通过内部设置的橡胶支撑支座满足产品转角功能的；但是橡胶支撑支座的疲劳寿命损伤受橡胶制品生产工艺造成无法估算，对于产品使用过程中的寿命造成很大影响，容易出现质量问题而造成泄露的安全事故发生。柔性接头在长达数月、乃至数年的轴向载荷作用之下，弹性体形成累积损伤。外输柔性接头初始泄漏是因为结构破裂严重，以至在两层或者多层强化物之间形成泄漏路径。


技术实现要素：

12.为了解决现有柔性接头存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种采用滑动密封的柔性接头。该柔性接头
13.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
14.本发明包括外壳体及固接于该外壳体上端的法兰壳体，还包括密封环、延伸管及限位防撞弹性体，所述外壳体为内部中空结构，所述延伸管的上端呈半球状、位于外壳体的内部，并与所述外壳体相对扭转，所述延伸管的下端由外壳体伸出、用于连接scr立管；所述
外壳体内壁对应延伸管上端半球状的部分，上部为球面、下部为锥面，所述球面上安装有与延伸管上端半球状外表面始终抵接的密封环，所述锥面的轴向截面呈“八”字形，为所述延伸管的扭转提供空间；所述锥面上及延伸管上端半球状下方的外表面上分别设有限位防撞弹性体。
15.其中：所述密封环位于延伸管上端半球状最大直径的下方。
16.所述密封环外环的轴向高度高于内环的轴向高度。
17.所述外壳体内壁的球面上开设有环形槽，所述密封环容置于环形槽内，所述环形槽的槽底面与密封环的轴向相倾斜。
18.所述外壳体分为便于更换密封环的上下两部分，上下两部分在连接处均沿径向向外延伸、形成连接法兰，所述上下两部分的连接法兰通过螺栓固接。
19.所述法兰壳体的中心孔下端边缘沿轴向向下延伸，且延伸至所述延伸管上端的半球状内部，所述延伸管上端的半球状内表面设有防碰撞环。
20.所述外壳体内壁的球面与延伸管上端的半球状同球心设置。
21.所述密封环为多道，各所述密封环以延伸管上端半球状的球心同球心设置。
22.所述密封环的上表面凸出于外壳体内壁的球面，所述密封环的上表面始终与延伸管上端半球状的外表面抵接。
23.本发明的优点与积极效果为：
24.1.本发明采用滑动密封，能够提供更长的使用时间，解决了传统橡胶支座在长期服役中出现的橡胶疲劳造成泄露问题。
25.2.本发明延伸管上端半球状部分的转角扭矩刚度更低，能提供更高的扭转角度，为油气传输设备提供更好的稳定性。
26.3.本发明的外壳体可分为上下两部分，一旦密封环失效，可在水下更换密封环，能够提供服役寿命更长，降低了工程的使用维护成本。
附图说明
27.图1为本发明实施例一的内部结构剖视图；
28.图2为本发明实施例一延伸管扭转的内部结构剖视图；
29.图3为本发明实施例二的内部结构剖视图；
30.其中：1为法兰壳体，2为外壳体，3为密封环，4为延伸管，5为防碰撞环，6为螺柱，7为螺母，8为垫片，9为限位防撞弹性体，10为环形槽。
具体实施方式
31.下面结合附图对本发明作进一步详述。
32.实施例一
33.如图1及图2所示，本实施例的柔性接头包括法兰壳体1、外壳体2、密封环3、延伸管4及限位防撞弹性体9，其中外壳体2为内部中空结构，法兰壳体1与外壳体2均为钢结构，法兰壳体1通过螺柱6、螺母7及垫片8固接于外壳体2的上端，法兰壳体1上开设有中心孔；本实施例的延伸管4的上端呈半球状、位于外壳体2的内部，并与外壳体2可相对扭转，延伸管4的下端为中空圆柱，由外壳体2伸出，用于连接scr立管。
34.本实施例外壳体2内壁对应延伸管4上端半球状的部分，上部为球面、下部为锥面，外壳体2内壁的球面与延伸管4上端的半球状同球心设置；球面上安装有与延伸管4上端半球状外表面始终抵接的密封环3，密封环3既能起到密封作用，还对延伸管4上端的半球状部分起到支撑作用；锥面的轴向截面呈“八”字形，为延伸管4的扭转提供空间；锥面上及延伸管4上端半球状下方的外表面上分别设有限位防撞弹性体9，限位防撞弹性体9的设置可以防止延伸管4相对外壳体2扭转最大转角时，避免延伸管4与外壳体2发生碰撞。本实施例的限位防撞弹性体9材料可为橡胶、聚氨酯或软金属，软金属可为铜或铝。
35.本实施例在外壳体2内壁的球面上开设有环形槽10，环形槽10的槽底面与密封环3的轴向相倾斜。密封环3容置于环形槽10内，密封环3外环的轴向高度高于内环的轴向高度，密封环3的上表面凸出于外壳体2内壁的球面，密封环3的上表面始终与延伸管4上端半球状的外表面抵接，这样即保证了密封环3的上表面始终与延伸管4上端半球状部分的外表面密封抵接，且使延伸管4上端的半球状与外壳体2的内壁之间留出间隙，实现相对扭转。本实施例的密封环3及环形槽10均位于延伸管4上端半球状最大直径的下方，以保证延伸管4可以相对外壳体2扭转。
36.本实施列的法兰壳体1的中心孔下端边缘沿轴向向下延伸，且延伸至延伸管4上端的半球状内部，延伸管4上端的半球状内表面设有防碰撞环5，避免延伸管4相对外壳体2扭转时半球状部分内表面与法兰壳体1中心孔向下延伸部分发生碰撞。
37.本实施例的密封环3至少为一道，如果设置多道，则各密封环3以延伸管4上端半球状的球心同球心设置。本实施例的密封环3的材质可为聚四氟乙烯、聚醚醚桐、聚乙烯铜或其他合金润滑材料(如镍合金、陶瓷合金或石墨)。
38.本实施例在外壳体2内部设置了环形的滑动密封，利用延伸管4上端半球状部分与密封环3之间的配合实现延伸管4的扭转功能，利用延伸管4自身的轴向拉力，通过延伸管4上端半球状部分挤压滑动密封环3实现密封，
39.实施例二
40.如图3所示，本实施例与实施例一的区别在于：本实施例的外壳体2分为便于更换密封环3的上下两部分，上下两部分在连接处均沿径向向外延伸、形成连接法兰，上下两部分的连接法兰通过螺栓固接。其余与实施例一相同。