管道连接结构

技术领域

本发明涉及管道连接技术领域，具体而言，涉及一种管道连接结构。

背景技术

页岩气开发中，需要进行压裂井场的建设，现有的建设方法主要为高承压的直管、弯管通过由壬进行连接，对于大口径、压力高的管件和连接件，需要在吊装设备的辅助下进行连接，十分不便，此外，井口与管汇连接点位置相对不确定，使的预先设计的管道连接方式容错率也比较小，且由于管道内部压力高，管道承受的轴向力极大，使的现场的连接工作十分困难。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种管道连接结构，以解决现有技术中的高压大孔径管道连接困难和效率低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种管道连接结构，包括：接头组件，接头组件具有第一连接孔和第二连接孔；第一管体，第一管体可转动地设置在第一连接孔内，其中，第一管体和接头组件之间间隙设置；第一密封圈和第二密封圈，第一密封圈和第二密封圈沿第一管体的延伸方向间隔地设置并套设在第一管体上，第一管体通过第一密封圈和第二密封圈与第一连接孔密封连接，其中，第一管体、第一密封圈、接头组件和第二密封圈顺次连接以围成密封腔，以用于注入预设压力的气体或液体；第二管体，第二管体设置在第二连接孔内，其中，第一连接孔和第二连接孔连通，第一管体和第二管体通过接头组件连接。

进一步地，接头组件包括：接头，第一连接孔和第二连接孔设置在接头上；第一定位法兰，第一定位法兰与接头连接；其中，第一管体插设在第一定位法兰的孔内以固定在接头上。

进一步地，管道连接结构还包括：定位键，定位键设置在接头组件和第一管体之间，以使接头组件和第一管体通过定位键转动连接。

进一步地，定位键为多个，多个定位键环绕第一管体的周向方向间隔地设置。

进一步地，第一管体上设有第一环形键槽，第一环形键槽沿第一管体的周向方向延伸，接头组件上设有第二环形键槽，第二环形键槽沿第一连接孔的周向方向延伸，其中，第一环形键槽与第二环形键槽位置相对地设置以在第一管体与接头组件连接后形成定位空间，定位键设置在定位空间内。

进一步地，接头组件包括第一定位法兰和接头，第一定位法兰上设有第一凹槽，接头上设有第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽相对设置，以在第一定位法兰与接头连接后形成第二环形键槽。

进一步地，管道连接结构还包括：第三密封圈，第三密封圈设置在第一定位法兰和接头之间，第一密封圈设置在第一管体和接头之间，第二密封圈设置在第一定位法兰和第一管体之间，第一管体、第一密封圈、接头、第三密封圈、第一定位法兰和第二密封圈顺次连接以围成密封腔，定位键设置在密封腔内。

进一步地，管道连接结构还包括：第四密封圈，第四密封圈设置在第一管体的端部，以止挡第一连接孔内的杂质进入密封腔；第五密封圈，第五密封圈设置在第四密封圈和密封腔之间，以使第一管体通过第五密封圈相对第一连接孔转动；其中，第四密封圈、第五密封圈、第一密封圈和第二密封圈沿第一管体的轴向方向依次套设在第一管体上。

进一步地，接头组件上设有压力通道，压力通道与密封腔连通，以通过压力通道向密封腔内注入预设压力的气体或液体。

进一步地，管道连接结构还包括：单向阀，单向阀设置在压力通道内，以止挡预设压力的气体或液体从密封腔流向压力通道。

进一步地，第一管体为圆管，第一管体的端部设有减压段，第一管体的减压段处外径小于第一管体的非减压段外径。

进一步地，第一连接孔的中心线与第二连接孔的中心线垂直连接，接头组件还包括：接头，第一连接孔和第二连接孔设置在接头上；第二定位法兰，第二定位法兰与接头连接，其中，第二管体插设在第二定位法兰的孔内以固定在接头上。

应用本发明的技术方案的管道连接结构其接头组件上设置了第一连接孔以与第一管体进行连接，其中，第一连接孔的直径大于第一管体的外径，这样使的第一管体很容易就会插设到第一连接孔内，避免第一管体不方便与第一连接孔插接配合的问题，此外，为了使第一管体插入第一连接孔内后保证密封效果同时减小摩擦，在沿第一管体和第二管体的轴向方向上间隔地设置了第一密封圈和第二密封圈，第一管体通过第一密封圈和第二密封圈分别与接头组件密封连接，使的第一密封圈和第二密封圈之间形成了一个密封腔，通过在接头组件上开设的通道向密封腔内充入一定压力的油液，密封腔内的压力能够抵消一部分第一管体端部受到的压力，保证了第一管体和接头组件之间的连接效果。

通过本发明的管道连接结构可实现一定范围内任意两个空间接口的连接和装配；通过阶梯压力的设计使得可密封压力达到了18000psi的超高压力；通过背压作用减小密封面设计直径，降低内压引起的轴向载荷，减小法兰设计尺寸；通过液压悬浮的方式降低单管旋转动作的扭矩，减小现场装配的难度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的管道连接结构的实施例的剖视图；

图2示出了本发明的管道连接结构的实施例的第一视角示意图；

图3示出了图2中A-A处的剖视图；

图4示出了图1中的部分局部放大图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、接头组件；11、第一连接孔；12、第二连接孔；13、接头；14、第一定位法兰；15、第二环形键槽；16、压力通道；17、单向阀；18、第二定位法兰；20、第一管体；21、第一环形键槽；22、减压段；31、第一密封圈；32、第二密封圈；33、第三密封圈；34、第四密封圈；35、第五密封圈；36、第六密封圈；40、第二管体；50、定位键。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了解决现有技术中的高压大孔径管道连接困难的问题，本发明提供了一种管道连接结构。

请参考图1至图4，本发明的一种管道连接结构，包括：接头组件10，接头组件10具有第一连接孔11和第二连接孔12；第一管体20，第一管体20可转动地设置在第一连接孔11内，其中，第一管体20和接头组件10之间间隙设置；第一密封圈31和第二密封圈32，第一密封圈31和第二密封圈32沿第一管体20的延伸方向间隔地设置并套设在第一管体20上，第一管体20通过第一密封圈31和第二密封圈32与第一连接孔11密封连接，其中，第一管体20、第一密封圈31、接头组件10和第二密封圈32顺次连接以围成密封腔，以用于注入预设压力的气体或液体；第二管体40，第二管体40设置在第二连接孔12内，其中，第一连接孔11和第二连接孔12连通，第一管体20和第二管体40通过接头组件10连接。

本发明的管道连接结构其接头组件10上设置了第一连接孔11以与第一管体20进行连接，其中，第一连接孔11的直径大于第一管体20的外径，这样使的第一管体20很容易就会插设到第一连接孔11内，避免第一管体20不方便与第一连接孔11插接配合的问题，此外，为了使第一管体20插入第一连接孔11内后保证密封效果同时减小摩擦，在沿第一管体20和第二管体40的轴向方向上间隔地设置了第一密封圈31和第二密封圈32，第一管体20通过第一密封圈31和第二密封圈32分别与接头组件10密封连接，使的第一密封圈31和第二密封圈32之间形成了一个密封腔，通过在接头组件10上开设的通道向密封腔内充入一定压力的油液，密封腔内的压力能够抵消第一管体20端部受到的压力，防止第一管体20端部压力过大将第一管体20挤出，保证了第一管体20和接头组件10之间的连接效果。

接头组件10包括：接头13，第一连接孔11和第二连接孔12设置在接头13上；第一定位法兰14，第一定位法兰14与接头13连接；其中，第一管体20插设在第一定位法兰14的孔内以固定在接头13上。

本实施例中接头组件10分为两部分，一部分是接头13的本体，第一连接孔11设置在接头本体的一端，第一定位法兰14通过螺栓与接头13固定连接，第一定位法兰14靠近接头13的一端和/或接头13靠近第一定位法兰14的一端设有通道，该通道与密封腔连通，以向密封腔内充入液压油。

管道连接结构还包括：定位键50，定位键50设置在接头组件10和第一管体20之间，以使接头组件10和第一管体20通过定位键50转动连接。第一管体20上设有第一环形键槽21，第一环形键槽21沿第一管体20的周向方向延伸，接头组件10上设有第二环形键槽15，第二环形键槽15沿第一连接孔11的周向方向延伸，其中，第一环形键槽21与第二环形键槽15位置相对地设置以在第一管体20与接头组件10连接后形成定位空间，定位键50设置在定位空间内。

如图1所示，本实施例中的管道连接结构上还设置了定位键50，具体的，在第一管体20的外侧设置一圈安装定位键50的槽，定位键50的部分位于槽内，在接头组件10对应地位置也设置了定位键50的槽，第一管体20和接头组件10连接好后，定位键50置于上述两个槽内，以将第一管体20和接头组件10转动连接。

定位键50为多个，多个定位键50环绕第一管体20的周向方向间隔地设置。

本实施例中采用多个定位键50，定位键50内侧具有一定的弧度，以与第一管体20更好的贴合，本实施例中为了便于安装多个定位键50，在第一管体20和接头组件10上分别设置了对应地多个键槽，以便安装定位键50。

此外，本实施例中定位键设置在密封腔内，通过向密封腔内通入预定压力的油液，使的定位键悬浮在密封腔内，同时，第一管体和接头组件上的槽将定位键限制在两个槽之间的密封腔内，通过这种使定位键液压悬浮的方式降低第一管体旋转动作的扭矩以及与接头组件的摩擦力，减小现场装配的难度。

接头组件10包括第一定位法兰14和接头13，第一定位法兰14上设有第一凹槽，接头13上设有第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽相对设置，以在第一定位法兰14与接头13连接后形成第二环形键槽15。

管道连接结构还包括：第三密封圈33，第三密封圈33设置在第一定位法兰14和接头13之间，第一密封圈31设置在第一管体20和接头13之间，第二密封圈32设置在第一定位法兰14和第一管体20之间，第一管体20、第一密封圈31、接头13、第三密封圈、第一定位法兰14和第二密封圈32顺次连接以围成密封腔，定位键50设置在密封腔内。

本实施例中的第三密封圈设置在第一定位法兰14与接头13之间，以使第一定位法兰14与接头13密封连接，第三密封圈与第一密封圈31和第二密封圈32共同围成上述的密封腔，以用于盛放油液。

管道连接结构还包括：第四密封圈34，第四密封圈34设置在第一管体20的端部，以止挡第一连接孔11内的杂质进入密封腔；第五密封圈35，第五密封圈35设置在第四密封圈34和密封腔之间，以使第一管体20通过第五密封圈35相对第一连接孔11转动；其中，第四密封圈34、第五密封圈35、第一密封圈31和第二密封圈32沿第一管体20的轴向方向依次套设在第一管体20上。

如图1所示，本实施例中在第一管体20的端部设置多个安装台阶，以分别安装第四密封圈34和第五密封圈35，第四密封圈34设置在第一管体20的端部，以防止杂质通过第一管体20和接头13之间的缝隙进入到密封腔内，第五密封圈35设置在第四密封圈34和密封腔之间，以使第一管体20与第一连接孔11转动连接，同时防止油液在密封腔和接头组件10内渗漏。

接头组件10上设有压力通道16，压力通道16与密封腔连通，以通过压力通道16向密封腔内注入预设压力的气体或液体。管道连接结构还包括：单向阀17，单向阀17设置在压力通道16内，以止挡预设压力的气体或液体从密封腔流向压力通道16。

本实施例中，在压力通道16上设置单向阀17，以在向密封腔内充油时，打开单向阀17，使油进入到密封腔内，单向阀17还能够防止油从密封腔向外流。压力通道16上还设有加压阀，以便向密封腔内输入预设压力的油液。

第一管体20为圆管，第一管体20的端部设有减压段22，减压段22处第一管体20的外径小于非减压段的第一管体20的外径。

本实施例中，第一管体20减压段22处的外径较小，以减小接头13内的油液的压力对第一管体20的挤压力度，降低挤压力。本实施例中的减压段采用阶梯压力的设计使得可密封压力达到了18000psi的超高压力；通过背压作用减小密封面设计直径，降低对密封圈密封压力性能的要求，减小法兰设计尺寸。

第一连接孔11的中心线与第二连接孔12的中心线垂直连接，接头组件10还包括：接头13，第一连接孔11和第二连接孔12设置在接头13上；第二定位法兰18，第二定位法兰18与接头13连接，其中，第二管体40插设在第二定位法兰18的孔内以固定在接头13上。

本实施例中的接头组件10用于连接第一管体20和第二管体40，第一管体20和第二管体40垂直连接，并分别通过法兰固定在接头组件10内，第二管体40与接头13之间也通过密封圈密封连接。第二管体通过第六密封圈36与接头上的第二连接孔密封连接。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

90°接头组件10为本发明基本零件，可实现流道转向，可实现流体转向缓冲，第一管体20和第二管体40为两个方向的支管，其中一根支管可沿轴线方向旋转，另一根支管与90°接头组件10固定连接，组成一个单自由度旋转单元。

第一管体20和第二管体40均通过法兰实现与接头13的连接，通过法兰螺栓实现连接紧固。定位键50为对分或多瓣结构，可实现第一管体20到法兰螺栓路径的载荷传递。

第二密封圈32、第五密封圈35和和第三密封圈通过对内部流体的密封共同形成可悬浮定位键50的密封腔体，通过单向加压阀向腔体中加压至第五密封圈35和第二密封圈32可承受的预载压力。此时定位键50由于周围腔体压力的作用，可实现悬浮状态。在油腔预加载压力的作用下，第一管体20仅与第五密封圈35和第二密封圈32、高压单向第一密封圈31相接触，其余部分为压力悬浮状态，旋转阻力非常小。

高压单向第一密封圈31安装在第五密封圈35、第二密封圈32之间，当预载内压加载时，高压单向第一密封圈31不发挥作用，当工作内压加载时高压单向第一密封圈31可实现对内部工作流体的密封。第四密封圈34可滤除压裂液中的颗粒物，保证密封圈工作环境相对清洁，提升密封圈可靠性。

工作压力作用下，液体高压可穿透第二密封圈32，高压单向第一密封圈31在油腔背压支持下，其承压能力可达到高压单向第一密封圈31额定载荷+背压，可实现高于高压单向第一密封圈31额定载荷的压力密封。此时第一管体20在压力作用下有向外运动的趋势，定位键50通过锁块支管承载面将载荷传递至锁块法兰承载面最终通过法兰螺栓实现单管轴向锁定。因液压背压存在，单向高压密封面设计直径可小于第一管体20主管段，减小了总体的轴向载荷，有利于管道连接装置的轻量化设计。

通过上述方式，本发明所述的液压辅助单自由度可旋转的超高压大通径管道连接装置可形成可单自由度旋转的高压、大通径流体通道，通过多个单元的组装可实现两个固定接口的灵活组装，建立形成高压大通径的流体通道。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。