Устройство для соединения первой и второй частей подводного соединителя - RU2103772C1
Код документа: RU2103772C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к устройствам для соединения первой и второй частей подводного соединителя для обеспечения электрических, гидравлических, воздушных, оптических или других коммуникаций.
Известно, что в нефтедобывающей промышленности возникает необходимость обеспечения коммуникаций в некоторых местах под водой, например, в головной части буровой скважины, устанавливаемой на морском дне. Из патентной заявки Великобритании N 2192316, кл. H 02 G 15/14, известен подводный соединитель, имеющий первую часть, снабженную сопрягающейся штепсельной розеткой, охватывающей ряд электрических контактных штырей, и вторую часть, снабженную сопрягающейся штепсельной вилкой, которая вмещает соответствующий ряд электрических контактных зажимов. Вилка имеет цилиндрическую внешнюю поверхность, сконструированную для плотного размещения в розетке, которая также имеет цилиндрическую форму, при этом имеется устройство типа штырь-прорезь для обеспечения правильного периферического выравнивания между частями. В процессе использования первая часть соединителя обычно прикрепляется к установке, находящейся на морском дне, и вторая часть стыкуется с первой частью с помощью водолаза, который вставляет вилку в розетку, тем самым контактные штыри обеспечивают электрический контакт с контактными зажимами.
В некоторых случаях, например в глубоководных морях, может быть предпочтительным использование устройства с дистанционным управлением вместо водолаза для осуществления соединения и тогда возникают проблемы достижения точного выравнивания двух частей соединителя, необходимого для их соединения. Основной проблемой в этом отношении является угловое смещение осей. Допустимым для другого известного соединителя, имеющего цилиндрические стыкующиеся части, является угловое смещение осей в 1,75o. Может оказаться очень трудным управлять клешней (захватом) манипулятора устройства с дистанционным управлением с достаточной точностью для выдерживания этого допуска. Другой проблемой является периферическое выравнивание (относительная круговая ориентация), которую нельзя преодолеть посредством простого устройства типа штырь-прорезь, так как при наличии первоначального смещения штырь не будет входить в прорезь. Таким образом, обычно устройство с дистанционным управлением делает несколько попыток при осуществлении соединения с помощью оператора, находящегося в удаленном месте, осуществляющего соответствующие регулировки после каждой попытки, иногда с помощью телевизионной камеры.
Один вариант предлагаемого изобретения представляет собой устройство для соединения первой и второй частей подводного соединителя, содержащее первый держатель, приспособленный для размещения первой части соединителя и имеющий осевую направляющую штепсельную розетку, и второй держатель приспособленный для размещения второй части соединителя и имеющий штепсельную вилку, устроенную для вхождения в осевом направлении в направляющую розетку для соединения первой и второй частей соединителя, при этом вилка имеет носовую часть, которая скошена вперед к переднему концу, имеющему поперечный размер, меньший размера направляющей розетки, и суженную часть, расположенную сзади носовой части, поперечной размер которой меньше размера направляющей розетки.
При такой конструкции конусообразная носовая часть дает возможность вилке входить в розетку даже в том случае, если первый и второй держатели соединяются с угловым смещением осей. При дальнейшем движении вилки в розетку суженная часть вилки входит в зацепление с краем розетки на ее открытом конце и это зацепление с продолжающимся поступательным движением вилки в розетку приводит к осевому выравниванию первого и второго держателей. Таким образом, соединяющее устройство, в частности с дистанционным управлением, так как сравнительно большое угловое смещение осей, которое обычно возникает при использовании устройства с дистанционным управлением для соединения одной части соединителя с другой допускается и автоматически корректируется. Например, оси первого и второго держателей могут иметь первоначальное угловое смещение в 30o, которое сводится к нулю при достижении выравнивания.
Розетка и вилка обычно должны иметь круглое поперечное сечение, при этом предпочтительно, вилка сзади суженной части имеет хвостовую часть с диаметром D, которая плотно входит внутрь розетки для достижения окончательного осевого выравнивания в процессе соединения. Сужающаяся носовая часть может быть закруглена, например, она может иметь полусферическую форму или иметь форму усеченного конуса, имеющего прямую фаску при наблюдении в осевом сечении. Таким образом, может быть нелинейное или линейное уменьшение в диаметре к переднему концу носовой части. Предпочтительно, диаметр носовой части на заднем конце равен диаметру хвостовой части, плотно входящей внутрь розетки, носовая часть сужается спереди к минимуму, который может быть порядка 0,7 - 0,9D, например, 0,8Д. Сзади носовой части суженная часть имеет переднюю часть, которая уменьшается до минимального диаметра, который может быть порядка 0,7D - 0,9D и может, например, практически равен минимальному диаметру носовой части. Тогда суженная часть имеет заднюю часть с увеличивающимся диаметром в заднем направлении. Именно эта задняя часть, которая, если угловое смещение осей, в процессе осуществления соединения будет входить в зацепление с краем розетки на ее открытом конце, вызывая коррекцию смещения. Предпочтительно, задняя часть суженной части имеет форму усеченного конуса.
Отдельно от проблемы углового смещения осей при использовании устройства с дистанционным управлением для соединения частей соединителя под водой также существует проблема периферического смещения. Таким образом, может обеспечиваться средство для коррекции этого периферического смещения первого м второго держателей, поэтому соединитель, предпочтительно, содержит штырь, установленный на одном из держателей, для вхождения в процессе соединения в вырез, выполненный в другом держателе, при этом вырез имеет открытый конец для первоначального приема в процессе соединения и ширина выреза больше толщины штыря и вырез сужается от открытого конца с тем, чтобы направлять штырь в желаемое периферическое положение в процессе соединения. Таким образом, вырез может иметь практически воронкообразную форму. При такой конструкции периферическое смещение автоматически корректируется при соединении первого и второго держателей путем вызывания относительного поворота двух держателей. Таким образом, устройство типа штырь-вырез0 имеет независимую изобретательскую значимость.
Таким образом, другой вариант предлагаемого изобретения представляет собой устройство для соединения первой и второй частей подводного соединителя, содержащее первый держатель, приспособленный для размещения первой части соединителя и имеющий осевую направляющую штепсельную розетку, второй держатель, приспособленный для размещения второй части соединителя и имеющий штепсельную вилку, устроенную для вхождения в осевом направлении в направляющую розетку для соединения первой и второй частей соединителя, и один из двух держателей снабжен штырем для вхождения в зацепление в процессе соединения с вырезом, выполненным в другом держателе, при этом вырез имеет открытый конец для первоначального приема штыря в процессе соединения и ширина выреза больше толщины и вырез сужается от открытого конца с тем, чтобы направлять штырь в желаемое периферическое положение в процессе соединения.
Ширина открытого конца выреза может быть различной, но она должна быть достаточной для коррекции периферического смещения, с которым, вероятно, должны сталкиваться при использовании устройства с дистанционным управлением для соединения первого и второго держателей. Рассматривая ширину открытого конца выреза в значениях угла, стягиваемого на оси соответствующего держателя, она может доходить до 180o и в одном предпочтительном воплощении этот угол равен 30o. Если существует сравнительно высокая степень периферического смещения, штырь будет зацеплять боковую стенку выреза в месте первоначального вхождения, для менее значительных смещений зацепление с боковой стенкой будет иметь место в месте, находящемся в глубине выреза.
Предпочтительно, вырез имеет практически Ф-образную форму, имея воронкообразную часть, после которой следует прорезь, проходящая параллельно осевому направлению. Таким образом, в процессе соединения любое периферическое смещение корректируется воронкообразной частью выреза при приближении к продольной прорези и затем штырь движется вдоль этой прорези при дальнейшем продвижении носовой части в направляющую розетку. В предпочтительном воплощении вырез выполнен на первом держателе, а штырем снабжен второй держатель.
Расположение штыря и выреза для корректирования периферического смещения предпочтительно такое, что необходимы относительный поворот первого и второго держателей имеет место только после осуществления коррекции любого углового смещения осей. Это способствует предотвращению застревания в процессе соединения. Таким образом, например, относительные месторасположения штыря и выреза на соответствующих держателях могут быть такими, что в процессе соединения штырь впервые входит в вырез вхождении носовой и суженной частей вилки в направляющую розетку. В предпочтительном воплощении, в котором вырез выполнен на первом держателе, а штырем снабжен второй держатель, штырь может располагаться на вилке в месте сзади и предпочтительно рядом с суженной частью.
Конусообразная носовая часть вилки будет способствовать коррекции любого незначительного бокового смещения между первым и вторым держателями в процессе осуществления соединения, а также углового смещения осей, обсужденного выше. В некоторых случаях может быть необходимым допущение больших боковых смещений и соответственно в одном предпочтительном воплощении изобретения во втором держателе имеется направляющий конус, который сходится к направляющей розетке.
Желательно, чтобы два держателя для первой и второй частей соединителя блокировались вместе при соединении между собой частей и поэтому соединитель, предпочтительно, содержит подходящее блокирующее (фиксирующее) средство.
В одном предпочтительном воплощении изобретения блокирующее средство содержит блокирующий элемент, например, в виде кольца, устанавливаемого на одном из двух держателей и входящего в упругое зацепление с углублением, например, канавкой в другом держателе. Предпочтительно блокирующий элемент устанавливается на вилке второго держателя, а углубление выполняется в направляющей розетке первого держателя. Такая блокирующая система работает в простом режиме "толкай-тяни" и предпочтительно должна иметь такую конструкцию, чтобы можно было осуществить разъединение соединяемых частей при заданном тяговом усилии, например в 150 - 200 Н.
В другом предпочтительном воплощении изобретения используется блокирующий элемент, установленный с возможностью перемещения в положение, блокирующее вместе первый и второй держатели и на одном из держателей установлено удерживающее средство, приводимое в действие путем осевого перемещения его в направлении к другому держателю для удержания блокирующего элемента в блокирующем положении и приводимое в действие путем осевого перемещения его в направлении от другого держателя для освобождения блокирующего элемента. При такой конструкции, когда соединитель должен приводиться в действие устройством с дистанционным управлением, простые осевые перемещения, выполняемые клешней манипулятора устройства с дистанционным управлением являются эффективными для блокирования и разблокирования друг с другом первого и второго держателей. Это является важным усовершенствованием относительно известных систем, требующих совершения более сложных действий для блокирования и разблокирования, такие действия являются трудновыполнимыми успешно устройством с дистанционным управлением и, таким образом, иногда, возникает необходимость привлекать к работе водолаза. Таким образом, блокирующее устройство имеет независимую изобретательскую значимость.
Таким образом, еще один предлагаемого изобретения представляет собой устройство для соединения первой и второй частей подводного соединителя, содержащее первый держатель, приспособленный для размещения первой части соединителя и имеющий осевую направляющую штепсельную розетку, второй держатель, приспособленный для размещения второй части соединителя и имеющий штепсельную вилку, устроенную для вхождения в осевом направлении в направляющую розетку для соединения первой и второй частей соединителя, блокирующий элемент, установленный с возможностью перемещения в положение, блокирующее вместе первый и второй держатели, и удерживающее средство, установленное на одном из держателей и приводимое в действие путем осевого перемещения его в направлении к другому держателю для удержания блокирующего элемента в блокирующем положении и приводимое в действие путем осевого перемещения его в направлении от другого держателя для освобождения блокирующего элемента.
При этом предпочтительно, блокирующий элемент установлен с возможностью бокового (поперечного) перемещения в блокирующее положение путем оказания на него кулачкового действия удерживающим средством, движущимся в осевом направлении к другому держателю. Блокирующий элемент, предпочтительно, располагается для блокирования вилки непосредственно на розетке. Блокирующий элемент может быть размещен или в первом или во втором держателе с выполнением блокирующего углубления в другом держателе для размещения блокирующего элемента в его блокирующем положении. Блокирующий элемент может быть выполнен в виде блокирующего (фиксирующего) шарика. Множество блокирующих элементов может устанавливаться в местах, находящихся на некотором расстоянии друг от друга по окружности вокруг первого или второго держателя.
В одном предпочтительном воплощении изобретения первый держатель имеет стопор для ограничения перемещения вилки в направляющую розетку и, кроме того, второй держатель содержит ползун, приспособленный для размещения второй части соединителя и установленный с возможностью скольжения в осевом канале второго держателя, причем конструкция устройства такова, что в процессе соединения вилка сначала входит в зацепление со стопором и затем ползун скользит вдоль осевого канала для присоединения второй части соединителя к первой части соединителя. Такая двухступенчатая соединяющая система, в частности, является надежной, так как она гарантирует, что вилка сначала занимает застопоренное положение в направляющей розетке, в котором вторая часть соединителя находится в точном выравнивании с первой частью соединителя, и затем ползун перемещается из заднего положения в переднее положение, в котором осуществляется соединение между собой частей соединителя. Например, когда используется устройство с дистанционным управлением, упирание вилки в стопор может установить положение устройства с дистанционным управлением, после которого ползун находится под точным контролем этого устройства с дистанционным управлением, гидравлическая система которого может снабжаться жидкостью с управляемой скоростью. Если в этом предпочтительном воплощении изобретение имеется блокирующий элемент, он может быть удобно размещен в радиальном канале, проходящем через боковую стенку вилки, при этом ползун имеет кулачковую поверхность, расположенную для толкания блокирующего элемента радиально наружу в блокирующее зацепление с первым держателем в процессе перемещения ползуна в переднем направлении. Таким образом, кулачковая поверхность ползуна действует в качестве удерживающего средства для блокирующего элемента.
Предпочтительно предусматреть защелкивающее средство, служащее для защелкивания ползуна в его переднем положении, в котором части соединителя соединяются вместе. Ввиду желательности обеспечения возможности разъединения частей соединителя путем прикладывания простого усилия в осевом разъединяющем направлении, защелкивающее средство устроено таким образом, что оно выходит из защелкивающего положения и освобождает ползун при оттягивании вилки назад.
Для толкания ползуна назад может предусматриваться упругое средство, например, нажимная пружина. Таким образом, при снятии с защелки ползун будет толкаться в заднее положение, разблокируя второй держатель от первого держателя, так что действующее в осевом разъединяющем направлении усилие может приводить к отсоединению друг от друга первого и второго держателей.
Один из держателей, например первый держатель, должен обычно прикрепляться к установке, находящейся на морском дне, в то время, как другой держатель, например второй держатель, должен обычно приводится в зацепляемое положение устройством с дистанционным управлением. Первоначально второй держатель может располагаться на месте, например может быть установлен в головной части буровой скважины или он может переноситься на место устройством с дистанционным управлением. В любом случае второй держатель может быть снабжен рукояткой (рычагом) для зацепления клешней манипулятора устройства с дистанционным управлением, которое может включать телескопическую стрелу для облегчения выполнения операции соединения. Это может достигаться устройством с дистанционным управлением, оказывающим осевое давление вперед для проталкивания вилки в осевом направлении в направляющей розетке до тех пор, пока она не войдет в контакт со стопором, после чего следует действие телескопической стрелы для толкания ползуна вдоль осевого канала вилки для присоединения второй части соединителя к первой части соединителя, затем защелкивающее средство защелкивает ползун в переднем положении. Для разъединения устройство с дистанционным управлением определяет месторасположение и захватывает рукоятку второго держателя и затем толкает назад для снятия с защелки и обеспечение возможности перемещения ползуна назад под действием упругого средства, воздействующего на него. Это разъединяет первую и вторую части соединителя и освобождает блокирующий элемент, так что при оказании осевого давления назад устройство с дистанционным управлением удаляет второй держатель от первого держателя.
В другом предпочтительном воплощении изобретения на одном из держателей установлено с возможностью осевого перемещения удерживающее средство и упруго смещается к другому держателю таким образом, что, когда держатели соединяются и перемещаются блокирующий элемент, выравниваясь с блокирующим углублением, удерживающее средство перемещает в результате упругого смещения, вынуждая вхождение в зацепление блокирующего элемента с блокирующим углублением. Таким образом, простое осевое перемещение вместе двух держателей приводит к их взаимной блокировке.
В такой конструкции предпочтительно блокирующий элемент устанавливается на первом держателе, а блокирующее углубление и упругое смещаемое удерживающее средство находится на втором держателе. Удерживающее средство может быть в виде удерживающего кольца, имеющего кулачковую поверхность, например, на его переднем крае для кулачкового зацепления с блокирующим элементом в процессе блокирования. Упругое средство может быть в виде нажимной пружины, действующей, например, на задний край удерживающего кольца.
Обычно должно предусматриваться подходящее средство, которое должно захватываться, например, клешней манипулятора устройства с дистанционным управлением. Устройство может быть в виде подвижной в осевом направлении втулки, оперативно присоединенной к удерживающему средству таким образом, что в процессе соединения удерживающее средство является свободным для перемещения за счет упругого смещения для толкания блокирующего элемента к блокирующему положению, и таким образом, что в процессе разъединения втулка перемещается в осевом направлении на своем держателе в разъединяющем направлении и переносит вместе с собой удерживающее средство для освобождения блокирующего элемента. При освобождении блокирующего элемента продолжающееся перемещение втулки в разъединяющем направлении вызывает отсоединение ее держателя от другого держателя. Предпочтительно, осевая направляющая розетка первого держателя и/или вилка второго держателя снабжается опорным средством, устроенным для обеспечения возможности ограниченного перемещения направляющей розетки и/или вилки относительно соответствующей опоры для них.
Таким образом, например, первый держатель может прикрепляться к опоре в виде переборки установки, находящейся на морском дне, таким образом, чтобы обеспечивалась возможность ограничительного относительного перемещения между первым держателем и переборкой. Рукоятка второго держателя может действовать в качестве опоры для вилки и может присоединяться к вилке таким образом, чтобы обеспечивалось ограниченное относительное перемещение между вилкой и ручкой. Таким образом, когда клешня манипулятора устройства с дистанционным управлением захватывает рукоятку, допускается ограниченное относительное перемещение между вилкой и клешней манипулятора. Опорное средство первого держателя и/или опорное средство второго держателя может быть упругим, может быть, например, в виде одной или нескольких пружин или упругих элементов. Эти допустимые перемещения дают возможность регулировки относительных положений осевой направляющей розетки первого держателя и вилки второго держателя в процессе осуществления соединения в ответ на использование различных средств для коррекции смещения.
Далее приводится описание конкретных предпочтительных воплощений изобретения в качестве примеров и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на
фиг. 1 - осевое сечение первого держателя первого воплощения предлагаемого соединяющего устройства;
на фиг. 2 - осевое сечение второго держателя;
на фиг. 3 - вид сбоку,
иллюстрирующий ползун второго держателя;
на фиг. 4 - осевое сечение состыкованных вместе первого и второго держателей;
на фиг. 5 - первый и второй держатели в процессе соединения с
некоторыми элементами устройства с дистанционным управлением, служащего для соединения и разъединения держателей;
на фиг. 6 - последовательность операций, выполняемых вторым воплощением
предлагаемого соединяющего устройства в процессе вхождения в зацеплении вилочной части второго держателя с осевой розеткой первого держателя;
на фиг. 7 - осевое сечение первого держателя
второго воплощения предлагаемого соединяющего устройства;
на фиг. 8 - осевое сечение вилки второго держателя второго воплощения изобретения;
на фиг. 9 - осевое сечение
уплотнительного корпуса второго держателя второго воплощения изобретения;
на фиг. 10 - осевое сечение втулки второго держателя второго воплощения изобретения;
на фиг. 11 - сечение по
линии XI-XI фиг. 10;
на фиг. 12 - осевое сечение состыкованных вместе первого и второго держателей второго воплощения изобретения;
на фиг. 13 - модифицированная вилка, подходящая к
любому из вышеописанных воплощений изобретения;
на фиг. 14 - осевое сечение первого держателя третьего воплощения предлагаемого соединяющего устройства по линиям XIY-XIY на фиг. 15;
на фиг. 15 - поперечное сечение по линиям XY-XY фиг. 14;
на фиг. 16 - осевое сечение второго держателя третьего воплощения изобретения;
на фиг. 17 - вид сверху второго держателя,
представленного на фиг. 16;
на фиг. 18 - поперечное сечение по линиям XYIII-XYIII на фиг. 16.
Первое воплощение изобретения (фиг. 1 - 6), представляет собой соединяющее устройство 1, содержащий первый держатель 2, второй держатель 3, состоящий из вилки 4, узла рукоятки 5 и ползуна 6. Как видно на фиг. 5, на первом держателе 2 размещается первая часть соединителя 9, имеющая по крайней мере один охватываемый соединительный штырь 101 и на втором держателе 3 размещается вторая часть соединителя 33, имеющая соответствующее количество охватывающих контактных гнезд 103. Для осуществления каждый соединительный штырь 101 толкает назад соответствующий, совершающий возвратно-поступательное движение поршень 102 для вхождения в контакт с соответствующим контактным гнездом 103.
Первый держатель имеет на заднем конце фланец 7 для присоединения к установке, находящейся на морском дне, например, головной части буровой скважины, камеру 8 для размещения первой соединительной части 9 (фиг. 5), осевую направляющую розетку 10 и направляющий конус 11. В направляющей розетке 10 на внутренней стенке выполнен практически Ф -образный вырез 12 (фиг. 6) и частично сферическое углубление 13. На переднем конце направляющей розетке 10 имеется стопор в виде уступа 23.
Как показано на фиг. 2, вилка 4 второго держателя 3 на своем переднем конце имеет закругленную или частично сферическую носовую часть 14, которая идет на конус вперед от точки (области) 80 максимального диаметра к переднему концу 15. Сзади носовой части 14 вилка 4 имеет суженную часть 16 с точкой 17 минимального диаметра, соответствующего практически диаметру переднего конца 15. Спереди от точки 17 суженная часть 16 имеет переднюю часть 18, которая соединяется с носовой частью 14. Сзади от точки 17 минимального диаметра суженная часть 16 имеет коническую заднюю часть 19. Как видно в осевом сечении, часть 19 имеет скос под углом 15o к осевому направлению. Сзади суженной части 16 находится цилиндрическая хвостовая часть 28. От хвостовой части 28 радиально наружу выступает направляющий штифт 20, входящий в Ф-образный вырез 12 первого держателя в процессе соединения. В радиальном канале 22, выполненном в боковой стенки хвостовой части 23 установлен с возможностью перемещения в радиальном направлении блокирующий элемент в виде блокирующего шарика 21.
В вилке имеется осевой канал 24 для приема ползуна 6. В осевом канале имеется упорный уступ 25 для пружины (фиг. 3), установленной для толкания ползуна назад относительно вилки 4. К вилке 4 прикреплен защелкивающий механизм 27, служащий для защелкивания (фиксации) ползуна 6 в переднем положении путем зацепления с имеющимся на нем выступом 29 (фиг. 3). По периферии задней части вилки на некотором расстоянии друг от друга установлены три упругих монтажных втулки 30. Втулки 30 поддерживаются узлом рукоятки 5, который имеет выступающий в поперечном направлении рычаг (рукоятку) 31 и заднее отверстие 32, через которое может проходить ползун 6 в процессе сборки.
Как показано на фиг. 3 и 5, ползун 6 имеет переднюю камеру для размещения второй соединительной части 33 и устроен для расположения в осевом канале 24 второго держателя. В ползуне 6 имеется удлиненная прорезь 34, в которую входит внутренний конец направляющего штифта 20, выступающего радиально внутрь от стенки осевого канала 24, тем самым обеспечивая правильное периферическое выравнивание ползуна относительно вилки 4. С внешней стороны ползуна обеспечивается кулачковая поверхность 38, служащая для вхождения в зацепление с блокирующим шариком 21 вилки 4, показанным на фиг. 3 пунктирной линией в двух альтернативных положениях относительно ползуна. Ползун имеет уступ 35, в который упирается задний конец пружины 36, передний конец которой в собранном положении входит в зацепление с уступом 25 вилки 4 для толкания назад ползуна относительно вилки 4. Сзади от уступа 35 обеспечивается выступ 29 для зацепления защелкивающим механизмом 27 и в задней части ползуна 6 в поперечном направлении простирается уплотнительный корпус 37 для размещения кабеля для электрических или других коммуникаций, которые должны быть соединены.
На фиг. 4 показаны первый и второй держатели 2 и 3, собранные вместе с ползуном в переднем положении, так что соединительные части 9 и 33 соединены вместе, при этом для ясности некоторые детали устранены. Передний конец 15 вилки 4 находится в положении упора в уступ 23 первого держателя 2. Блокирующий шарик 21 находится в своем радиально наружном положении в блокирующем зацеплении с углублением 13 первого держателя 2, на который нажимает при движении вперед кулачковая поверхность 38 ползуна 6. Ползун 6 удерживается в переднем положении защелкивающим механизмом 27, который защелкивается за счет зацепления за выступ 29 ползуна.
На фиг. 5 показана часть устройства с дистанционным управлением, имеющего клешню манипулятора 45, установленную на телескопической стреле 46, имеющей корпус 47, к которому прикреплен зажимом 49 толкатель 48. Клешня захватывает простирающийся в поперечном направлении рычаг 31 второго держателя 3. Рычаг имеет трехугольное поперечное сечение для облегчения его захвата.
Последовательность операций, выполняемых для соединения и разъединения первой и второй соединительных частей 9 и 33 показана на фиг. 5. Первый держатель 2 прикрепляется посредством фланца к установке, находящейся на морском дне и вмещает первую соединительную часть 9. Второй держатель 3 может находится на устройстве с дистанционным управлением или может находится на морском дне вблизи установки, к которой он должен быть присоединен. Устройство с дистанционным управлением определяет местонахождение второго держателя 3 и продвигает вперед клешню манипулятора 45 с выдвижением телескопической стрелы, по крайней мере, на длину хода ползуна. Обычно это может составлять 4 - 5 см. Клешней 45 захватывается поперечный рычаг 31 узла рукоятки и после закрепления второй держатель 3 перемещают из первоначального положения к первому держателю 2, при этом кабель тащится из корпуса 37 вслед за продвижением устройства с дистанционным управлением.
Рядом с телескопической стрелой 46 установлена телевизионная камера ( не показана ), которая используется для наблюдения за направляющим конусом 11 первого держателя 2 и последующим соединением второго держателя с первым. Второй держатель 3 направляется направляющим конусом 11 первого держателя 2, тем самым корректируется любое их боковое смещение. Движение вперед второго держателя осуществляется за счет осевого давления вперед, оказываемого устройством с дистанционным управлением, которое прижимает передний конец 15 вилки 4 второго держателя к уступу 23 первого держателя 2. В процессе оказания этого осевого давления вперед корректируется имеющееся угловое смещение осей и/или периферическое смещение (как описано ниже со ссылкой на фиг. 6). Толкание вперед поддерживается и телескопическая стрела 46 втягивается, так что толкатель 48 движется вперед относительно клешни 46, которая зажимает рычаг 31 узла рукоятки 5. Толкатель 48 входит в зацепление с задней частью ползуна 6 и толкает его вперед, вызывая соединение второй соединительной части 33 с первой соединительной частью 9. Движение вперед ползуна 6 также приводит к тому, что кулачковая поверхность 38 ползуна оказывает давление на блокирующий шарик 21 вилки 4, вынуждая его занять радиально наружное положение. В блокирующем зацеплении с блокирующим углублением 13 первого держателя 2. Ползун 6 закрепляется в своем переднем положении относительно вилки 4 путем зацепления защелкивающего механизма 27 за выступ 29. Теперь соединительные части полностью соединены и первый и второй держателя, которые вмещают их, вместе заблокированы. Затем клешня манипулятора 45 отсоединяется от рычага 31 и устройство с дистанционным управлением удаляется.
Для разъединения устройство с дистанционным управлением определят местонахождение соединяющего устройства 1 и продвигается к нему. Клешня манипулятора 45 раскрывается и полностью втягивается телескопическая стрела 46. Клешней 55 захватывают рычаг и отводят назад устройство с дистанционным управлением, тем самым оказывая силовое воздействие на узел рукоятки 5 против действия упругих монтажных втулок 30. Конструкция устройства такова, что такое силовое воздействие вызывает открывание защелкивающего механизма 27, в результате чего освобождается ползун. Однако ползун 6 может перемещаться назад только на небольшое расстояние, так как дальнейшее перемещение назад предотвращается из-за упора в передний конец толкателя 48. Движение назад устройства с дистанционным управлением прекращается и осуществляется вытягивание телескопической стрелы 46 таким образом, что толкатель 48 перемещается назад относительно клешни 45, удерживающей рычаг 31 узла рукоятки 5. Это дает возможность ползуну 6 полностью отойти назад под действием пружины 26 и в процессе отхода назад вторая соединительная часть 33 отсоединяется от первой соединительной части 9. Устройство с дистанционным управлением отводится назад и второй держатель удаляется от первого держателя.
На фиг. 7 - 12 показано второе воплощение изобретения, в котором сохранены цифровые обозначения первого воплощения для одинаковых элементов. Первый держатель 2 (фиг. 7), имеет фланец 7, камеру 8 для размещения первой соединительной части 9 (фиг. 12), осевую направляющую розетку 10 и направляющий вырез 12 (фиг. 12), как в первом воплощении. Первый держатель 2 второго воплощения изобретения отличается от первого держателя первого воплощения изобретения тем, что его передний конец не имеет направляющего конуса, и он содержит множество блокирующих шариков 50 (фиг. 12), расположенных на периферии на некотором расстоянии друг от друга. Каждый шарик 50 входит в радиальное отверстие 51, проходящее через боковую стенку первого держателя 2.
На фиг. 8 показана вилка 4 второго держателя 3. Вилка 4 имеет как в первом воплощении, носовую часть 14 с передним концом 15 и суженную часть 16 с областью минимального диаметра 17. перед которой располагается передняя часть 18 суженной части и сзади которой располагается задняя часть 19 суженной части. Сзади суженная часть 16 вилки 4 имеет хвостовую часть 28. От хвостовой части 28 радиально наружу выступает направляющий штифт 20 (фиг. 12) для вхождения в вырез 12. Сзади в хвостовой части 28 вилки 4 выполнено блокирующее углубление в виде кольцевой канавки 52 для размещения блокирующих шариков 50.
На фиг. 9 показан уплотнительный корпус 53 второго держателя 3. Как показано на фиг. 9 - 12, на переднем конце корпуса 53 имеется три отстоящих на равном расстоянии друг от друга отверстия 54 для прикрепления корпуса 53 к вилке 4 посредством крепежных болтов 55. В корпусе 53 имеется выступ 56, в которой упирается задний конец пружины 57, передний конец которой воздействует на удерживающее кольцо 58. Таким образом, удерживающее кольцо установлено снаружи на корпусе 53 с возможностью перемещения в осевом направлении и смещается под действием пружины 57. Удерживающее кольцо имеет скошенную переднюю кромку 70. В корпусе размещается кожух кабельного ящика и втулка 59, сальниковое уплотнение 60 и кабельная конусная втулка 61. В корпусе 53 также размещается кожух компенсатора давления 62. Из корпуса 53 радиально наружу выступает ориентирующий втулку штифт 63.
На фиг. 10 и 11 показана втулка 68. На переднем и заднем концах втулки 68 имеется соответствующие кольцевые углубления для размещения уплотнений из сжатого войлока 65 (фиг. 12), служащих для предотвращения попадания загрязнений в соединяющее устройство после завершения соединения. Центральная часть 66 втулки 68 имеет внешнюю поверхность 67, которая имеет, как показано на фиг. 11, форму, подходящую для захвата ее клешней манипулятора устройства с дистанционным управлением. Внутри втулки 68 имеется удлиненный вырез 71 для вхождения в зацепление со штифтом ориентации втулки 63.
На фиг. 6 показаны некоторые этапы работы второго воплощения изобретения (фиг. 7 - 12) в процессе вхождения вилки 4 в направляющую розетку 10 с первоначальным угловым смещением осей в 20o. Последовательные положения вилки 4 обозначены буквами от A до G. В положении A носовая часть входит в контакт с внутренней стенкой направляющей розетки 10 и это вхождение носовой части становится возможным вследствие того, что она скошена на конус к переднему концу, имеющему поперечный размер, меньший по сравнению м поперечным размером направляющей розетки. В положении B носовая часть проникла дальше внутрь направляющей розетки и задняя часть 19 суженной части 16 находится в зацеплении в точке 40 с открытым концом направляющей розетки 10. Дальнейшее осевое перемещение носовой части в направляющую розетку приводит к осевому выравниванию носовой части с направляющей розеткой, вызванному кулачковым зацеплением задней стенки 19 суженной части 16 с открытым концом направляющей розетки. Таким образом, носовая часть перемещается из положения B через положение C к положению D, где достигается осевое выравнивание. В непосредственно следующем за этим положением D положение E направляющий штифт 20 (фиг. 12) впервые входит в Ф-образный вырез 12 и входит в зацепление с его боковой стенкой 41, если имеется какое-либо периферическое смещение. Такое смещение корректируется путем перемещения штыря 20 вдоль боковой стенки 41, которая поворачивает вилку 4 относительно направляющей розетки в необходимый степени до достижения положения F, когда штифт 20 находится в точке 42 в месте перехода воронкообразной части 43 в удлиненную прорезь 44, идущую параллельно осевому направлению. В положении F первая и вторая соединительные части выравнены и готовы для соединения. Затем вилка 4 перемещается из положени F в положение G, направляемая за счет перемещения штифта в прорези 44. В процессе перемещения из положения F в положение G осуществляется соединение между первой и второй соединительными частями.
Последовательность операций, выполняемых в процессе соединения при использовании второго воплощения изобретения, показана на фиг. 12. Клешней манипулятора устройства с дистанционным управлением захватывают центральную часть 66 втулки 68, которая охватывает корпус 53, удерживающее кольцо 58 и заднюю часть вилки 4. Заднее уплотнение 65 втулки 68 входит в зацепление с внешней поверхностью части корпуса 53, В то время, как переднее уплотнение 65 является свободным. Клешней манипулятора переносят втулку 68 и другие элементы, соединенные с ней, к первому держателю 2 и вводят в зацепление носовую часть 14 вилки 4 с открытым концом направляющей розетки 10. Как описано выше, носовая часть 14 и суженная часть 16 функционируют для корректировки какого-либо углового смещения осей между вилкой 4 и направляющей розеткой 10. Как было описано выше, штифт 20 вилки 4 входит в вырез 12 для корректировки какого-либо периферического смещения. Вилку 4 продвигают полностью в направляющую розетку 10 для соединения второй соединительной части 33 с первой соединительной частью 9. Когда вилка 4 переместится в свое крайнее переднее положение в первом держателе 2, кольцевое углубление 52 вилки выравнивается с блокирующими шариками 50, которые после этого могут переместиться в радиальном направлении внутрь, входя в блокирующее зацепление с углублением 52. Шарики 50 подталкиваются в это положение скошенной передней кромкой 70 удерживающего кольца 58, которое смещается вперед под действием пружины 57. Затем первый и второй держатели блокируются вместе путем вхождения шариков 50 в кольцевое углубление 52, при этом шарики 50 удерживаются в блокирующем положении удерживающим кольцом 58. В этом положении переднее уплотнение 65 втулки 68 образует защитное уплотнение с внешней поверхностью первого держателя 2. В процессе осуществления соединения движение вперед обеспечивается осевым давлением, оказываемым устройством с дистанционным управлением.
Для отсоединения второй соединительной части 33 от первой соединительной части 9 устройство с дистанционным управлением оказывает осевое давление в обратном направлении и перемещает втулку 68 в осевом направлении назад. Первоначально, второй держатель 3 не может перемещаться назад, так как он блокирован с первым держателем 2. Однако, втулка 68 может перемещаться назад относительно второго держателя и при таком перемещении она направляется штифтом 63, который входит в удлиненный вырез 71 втулки 68, при этом заднее уплотнение 65 скользит назад по внешней поверхности корпуса 53. Втулка 68 перемещает удерживающее кольцо 58 против действия пружины 57, обеспечивая возможность выхода шариков 50 из блокирующего углубления 52. При продолжающемся движении назад втулки 68 разблокированный второй держатель удаляется от первого держателя, осуществляя желаемое отсоединение.
На фиг. 13 показана модифицированная вилка 4, в которой носовая часть 14 и передняя часть 18 суженной части 16 имеют не частично сферическую форму, а коническую форму, между которыми имеется узкая фаска 90.
На фиг. 14 - 18 показано третье воплощение изобретения, в котором сохранены цифровые обозначения первого воплощения, относящиеся к одинаковым элементам. Первый держатель 2, показанный на фиг. 14 и 15, имеет камеру 8 для размещения первой соединительной части 9, имеющей охватываемые контактные штыри 101, осевую направляющую розетку 10, направляющий конус 11 и практически Ф-образованный направляющий вырез 12, как в первом воплощении. Второй держатель 3, показанный на фиг. 16 - 18, имеет вилку 4 и узел рукоятки 5. Вилка 4 имеет носовую часть 14 с передним концом 15 и сужающуюся часть 16 с областью минимального диаметра 17, перед которой расположена передняя часть 18 суженной части, и за которой расположена задняя часть 19 суженной части, как в первом воплощении изобретения. Сзади суженной части 16 вилка имеет хвостовую часть 28, от которой радиально наружу выступает направляющий штифт 20 для вхождения в вырез 12. Вторая соединительная часть 33 размещается во втором держателе и имеет совершающие возвратно-поступательные движения поршни 102, простирающиеся через охватывающие контактные гнезда 103 для зацепления охватываемыми контактными штырями 101.
Далее приводятся некоторые важные особенности третьего воплощения изобретения.
Направляющая розетка 10 имеет кольцевую канавку 81 для размещения пружинящего кольца 82, которое предпочтительно является разрезным кольцом, с тем, чтобы блокировать вместе первый и второй держатели при соединении первой 9 и второй 33 соединительных частей. Этот блокирующий механизм дает возможность соединять и разъединять соединительные части, используя простые толкающие и тянущие силовые воздействия. Профили канакки 81 и кольца 82 обеспечивают нахождение первого и второго держателей в блокируемом положении до тех пор, пока устройством с дистанционным управлением не будет приложено разделительное тяговое усилие около 150 - 200 Н. По сравнению с первым воплощением, в третьем воплощении не требуется наличия внутри втулки, способной перемещаться в осевом направлении, так что для данного диаметра второй соединительной части 33 может использоваться вилка 4 меньшего диаметра. Это означает, что направляющий конус 11 того же самого размера дает больший район цели относительно размера вилки. Таким образом, способность корректировать поперечные смещения между первым и вторым держателями в процессе соединения повышается, например, на ±20 мм.
Первый держатель 2 снабжен системой крепления 83 для прикрепления держателя 2 к переборке 84, например, установки, находящейся на морском дне. Эта система 83 состоит из четырех крепежных болтов 85 и подпружиненных конических шайб 86. Таким образом, система крепления 83 обеспечивает прикрепление держателя 2 к переборке 84 с возможностью ограниченного перемещения держателя 2. Держатель 2 может упруго наклоняться на переборке относительно осевого направления, например, на угол ±5o.
Второй держатель 3, показанный на фиг. 16 - 18 также устроен для обеспечения опоры для вилки 4 с возможностью ее ограниченного перемещения. На вилке 4 устанавливается толстая упругая шайба 87 (из резины или другого упругого материала) между разнесенными в осевом направлении упорными кольцами 91, имеющими скошенные поверхности. Шайба 87 имеет выполненные за одно целое концевые фланцы 88, между которыми образована кольцевая канавка 89. В канавке размещается опорное кольцо 90 узла рукоятки приваривается к скобе 92, которая, в свою очередь, приваривается к Т-образной штанге 93. Таким образом, вилка 4 закрепляется на узле рукоятке 5 таким образом, что допускается ограниченное перемещение вилки. Вилка может упруго наклоняться на опорном кольце 90 относительно осевого направления, например, на угол ±10o.
Как показано на фиг. 18, часть вилки 7, охваченная упругой шайбой 87, сама упругая шайба 87 и опорное кольцо 90, все имеют соответствующие плоские поверхности 94, которые противодействующей нагрузке. Упругая шайба 87 также обеспечивает упругую деформацию в направлении скручивания.
Т-образная штанга 93 узла рукоятки 5 снабжена выступающим назад стабилизирующим брусом 95. Когда клешней манипулятора устройства с дистанционным управлением захватывают вертикальную часть Т-образной 93, брус 95 предотвращает поворот рукоятки 5 вокруг вертикальной оси.
Вилка 4 имеет шпильку 96, выступающую радиально наружу от корпуса (фиг. 16 и 17). Система крепления 83 для держателя 2 включает крепежную пластину 97 ( фиг. 14) на которой нанесена простирающаяся в радиальном направлении ориентирующая линия (не показано). Крепежная пластина 97 может быть, например, изготовлена из желтого листа Трафалита (торговая марка) с вырезанной на ней черной ориентирующей линией. В процессе выполнения операции соединения с помощью телевизионной камеры, установленной на манипуляторе устройства с дистанционным управлением нацеливает шпильку на ориентирующую линию с тем, чтобы выровнять направляющий штифт 20 с вырезом 12.
Второй держатель 3 снабжен упругим кольцевым уплотнением 98, которое имеет L-образное поперечное сечение. В процессе использования уплотнение 98 входит в зацепление с направляющим конусом 11 первого держателя 2 и образует уплотнение, которое предотвращает попадание загрязнений, таких, как песок, в область пружинящего кольца 82.
В процессе использования первый держатель 2 и второй держатель 3 сближается для соединения между собой первой 9 и второй 33 соединительных частей, расположенных в соответствующих держателях. В частности, охватываемые штыри 101 первой соединительной части 9 толкают назад поршни 102 второй соединительной части 33 с тем, чтобы осуществить контакт с охватывающими контактными гнездами 103. При этом может стать желательным наличие системы индикации, показывающей момент полного соединения соединительных частей, например, путем перемещения элемента, видимого телевизионной камерой. Когда достигается полное соединение, пружинящее кольцо 82 заскакивает в канавку 81.
Угловое смещение осей держателей корректируется за счет выбора формы переднего конца вилки 4, как описано со ссылкой на фиг. 6. Боковое (поперечное) смещение корректируется направляющим конусом 11 и периферическое смещение корректируется Ф-образным вырезом 12 также, как описано со ссылкой на фиг. 6. Опорные устройства для первого держателя 2 на переборке 84 и для вилки 4 на узле рукоятки 5 (который захватывается клешней манипулятора устройства с дистанционным управлением) дают возможность совершать любое необходимое относительное корректирующее движение. Когда клешня манипулятора освобождает узел рукоятки 5, за счет упругости опорных устройств обеспечивается возможность их возвращения в неотклоненное положение.
Третье воплощение изобретения, показанное на фиг. 14 - 17, в частности пригодно для называемого свободного плавающего устройства с дистанционным управлением, где можно ожидать высокую степень смещения соединяемых частей, однако оно также пригодно для устройства с дистанционным управлением, которое причаливает перед тем, как делается соединение, устанавливается таким образом фиксированное положение относительно переборки 84, на которой закрепляется первый держатель 2.
Если не указано особо, различные элементы соединяющего устройства могут выполняться из нержавеющей стали, алюминиевой бронзы или монель-металла.
Реферат
Сущность изобретения: устройство для соединения первой и второй частей подводного соединителя, содержащее первый держатель с направляющей штепсельной розеткой и второй держатель со штепсельной вилкой, носовая часть которой скошена вперед к переднему концу, имеющему поперечный размер, меньший поперечного размера направляющей розетки и суженную часть, расположенную сзади носовой части. 9 з.п. ф-лы, 18 ил.
