本發明屬于海洋石油天然氣鉆采裝備，涉及一種雙液缸式夾持系統，本發明還涉及上述雙液缸式夾持系統的工作方法。

背景技術：

1、在海洋油氣開發的過程中，存在水下立管、隔水管、海底臍帶纜、生產管線等水下設備長距離的連接，以建立鉆進、起下作業、油氣輸送的封閉通道。這些水下設備長時間置于海洋作業環境中，容易受到海浪、水流和泥面坍塌等外部動態載荷的影響，引起接頭處剛性接頭磨損、疲勞損傷，導致連接松動、分離和密封泄漏的失效而中斷作業進程。一旦出現異常，通常需要進行水下檢查維修，或回收問題裝備，待修復完成后重新下入，方可繼續作業或生產，而復雜的維修配套設備和人員需求，以及水下進行維修操作難度大、周期長，致使維修作業成本高昂。綜上所述，水下設備受外部動態載荷的作用容易發生磨損、斷裂等風險，而且出現故障后，檢修作業時間長、風險大，深水作業成本高。因此，急需開發一種操作簡單，可以減少海浪、水流等外部載荷對海底臍帶纜、水下立管、隔水管和生產管線的影響的裝置，以實現水下設備長時間保持可靠連接和實時連接狀態監控，提高其可靠性和使用壽命。

技術實現思路

1、本發明的目的是提供一種雙液缸式夾持系統，解決了現有技術中存在的水下設備剛性接頭處長期受海浪、水流和泥面影響，導致連接松動、分離和密封泄漏而中斷作業進程的問題。

2、本發明提供的另一目的是提供一種雙液缸式夾持系統的工作方法。

3、本發明所采用的技術方案是，雙液缸式夾持系統，包括雙液缸式夾持裝置以及控制器，雙液缸式夾持裝置包括夾持頭以及夾持頭液壓調節結構，夾持頭液壓調節結構的液壓輸入口通過液壓輸送管連接有液壓泵，液壓輸送管上設置有電控閥，液壓泵和電控閥分別通過導線連接控制器，夾持頭液壓調節結構的上端伸入夾持頭內且與夾持頭的內部上表面形成兩個夾持工作面，夾持頭液壓調節結構的上端設置有壓力傳感器，壓力傳感器通過導線連接控制器。

4、本發明的特征還在于，

5、夾持頭液壓調節結構包括設置在夾持頭下方的缸體，缸體上下兩端分別固定設置有上端蓋和下端蓋，上端蓋與夾持頭下端固定連接，缸體內從上到下依次設置有上夾持驅動機構、自適應力平衡機構、下夾持驅動機構、隔離板、自鎖機構，上夾持驅動機構的上端穿過上端蓋延伸至夾持頭內且與上端蓋滑動連接，下夾持驅動機構的下端依次穿過隔離板及自鎖機構，自鎖機構和隔離板之間對應的缸體側壁上開設有液壓口e，自鎖機構和下端蓋之間對應的缸體側壁上開設有液壓口f，下端蓋外側壁上固定安裝有安裝導向桿m，液壓口f和液壓口e分別通過液壓輸送管連接液壓泵，液壓口f和液壓口e對應的液壓輸送管上分別設置有電控閥f和電控閥e，電控閥f和電控閥e分別通過導線連接控制器，下夾持驅動機構、隔離板以及缸體內壁之間形成腔體b，腔體b對應的缸體側壁上開設有液壓口b，液壓口b通過液壓輸送管連接液壓泵，液壓口b對應的液壓輸送管上設置有電控閥b，電控閥b通過導線連接控制器，自鎖機構在缸體內對應的上極限位置處和下極限位置處分別設置有位置傳感器a和位置傳感器b，位置傳感器a和位置傳感器b通過導線共同連接有采集器，采集器通過導線連接控制器，缸體外壁上設置有溫度傳感器，溫度傳感器通過導線連接采集器。

6、夾持頭設置為“c”型開口的夾持頭，夾持頭下壁上開設有端蓋裝配孔，夾持頭下壁內表面繞端蓋裝配孔開設有固位螺母卡槽，上端蓋上表面中間設置有伸出端，伸出端伸入端蓋裝配孔內并伸入夾持頭“c”型的內部，上端蓋的伸出端通過螺紋連接方式連接有固位螺母，固位螺母卡在固位螺母卡槽內，夾持頭與上端蓋通過固位螺母卡在固位螺母卡槽內以及夾持頭下表面和上端蓋上表面卡位將夾持頭與上端蓋固定。

7、上夾持驅動機構包括在缸體內上端蓋下方與缸體內壁滑動配合連接的上活塞，上活塞上表面中間連接有夾持桿，夾持桿上端穿過上端蓋后伸入夾持頭的“c”型內部，夾持桿與上端蓋滑動連接，夾持桿頂部設置有壓力傳感器，上活塞上表面、夾持桿以及上端蓋下表面之間形成腔體a，腔體a對應的缸體側壁上開設有液壓口a，液壓口a通過液壓輸送管連接液壓泵，液壓口a對應的液壓輸送管上設置有電控閥a，電控閥a通過導線連接控制器，腔體a內對應上活塞的上極限位置處設置有位置傳感器c，位置傳感器c通過導線連接采集器。

8、下夾持驅動機構包括在缸體內自適應力平衡機構下方與缸體內壁滑動配合連接的下活塞，下活塞下表面中心固定連接有自鎖桿，自鎖桿下端依次穿過隔離板及自鎖機構。

9、自適應力平衡機構為在下活塞上表面和上活塞下表面之間均勻設置的多組彈簧，彈簧的兩端分別固定在下活塞上表面和上活塞下表面；隔離板與缸體內壁通過螺紋連接的方式連接，隔離板上表面、自鎖桿、下活塞下表面之間形成腔體b，腔體b內對應下活塞的下極限位置處設置有位置傳感器d，位置傳感器d通過導線連接采集器。

10、自鎖機構包括多個鎖定滑塊，鎖定滑塊的外側輪廓為錐面，鎖定滑塊的內側為柱面，多個鎖定滑塊拼接成一個完成的空心圓臺體，自鎖桿穿過空心圓臺體的空心處，空心圓臺體的外徑由上到下逐漸減小，缸體對應空心圓臺體的內壁設置為與空心圓臺體相配合的錐面，多個鎖定滑塊的上表面和下表面分別共同設置有上推板和下推板，上推板和下推板與缸體內壁相適應且在缸體內壁上下滑動，上推板和下推板對應每個鎖定滑塊位置處設置有沿其徑向分布的t型槽，每個鎖定滑塊的上表面和下表面有與t型槽對應的t型滑塊，t型滑塊在t型槽內延上推板和下推板的徑向滑動；上推板上表面、自鎖桿、缸體內壁以及隔離板下表面之間形成腔體e，液壓口e設置在腔體e對應的缸體側壁上，下推板下表面、自鎖桿、缸體內壁以以及下端蓋上表面之間形成腔體f，液壓口f設置在腔體f對應的缸體側壁上，鎖定滑塊的錐面夾角，即就是自鎖角為γ，鎖定滑塊采用可變形材料制作。

11、上端蓋與夾持桿之間由上到下依次設置有耐磨環和密封ⅰ，上端蓋和缸體內壁之間設置有密封ⅱ，上活塞和缸體內壁之間設置有密封ⅲ，下活塞和缸體內壁之間設置有密封ⅳ，隔離板和自鎖桿及缸體內壁之間分別設置有密封ⅴ和密封ⅵ，上推板和自鎖桿及缸體內壁之間分別設置有密封ⅶ和密封ⅷ，下推板和自鎖桿及缸體內壁之間分別設置有密封ⅹ和密封ⅸ。

12、本發明采用的另一種技術方案是，采用上述雙液缸式夾持系統，具體包括夾持操作、松開操作以及外載平衡，其中夾持操作包括夾緊操作和鎖緊操作，松開操作包括解鎖操作以及松解操作。

13、被夾持產品的工件ⅰ與工件ⅱ連接后，將至少兩個雙液缸式夾持裝置分別放置在工件ⅰ與工件ⅱ連接后連接處的旁邊，將安裝導向桿m固定在工件ⅱ上，保證工件ⅰ與工件ⅱ連接處在夾持頭的c型且位于夾持桿上端和夾持頭的c型內部上表面之間接下來進行夾持操作，夾持頭遠離固位螺母的一端為夾緊動作時的上工作平面；

14、夾持操作具體為：

15、夾緊：控制器控制液壓泵以及電控閥b開啟，將液壓油通過液壓口b輸入腔體b內給腔體b內施加壓力，使下活塞帶動自鎖桿、自適應力平衡機構、上活塞和夾持桿向上運動，夾持桿上端和夾持頭內的上表面夾緊工件ⅰ與工件ⅱ的連接處，過程中壓力傳感器將壓力信息實時反饋給的控制器，當反饋的壓力信息達到所需的夾緊夾持力的預設值且觸動位置傳感器d時，控制器控制液壓泵停止輸入液壓油，至此完成工件ⅰ和工件ⅱ的夾緊；

16、鎖緊：

17、保持腔體b內壓力，通過控制器控制液壓泵以及液壓口e對應的電控閥e打開，向腔體e內輸送液壓油給腔體e內施加壓力，在液壓油的作用下鎖定滑塊向下移動到下極限位置且觸動位置傳感器b，鎖定滑塊沿缸體錐面l向下移動過程中，抱緊自鎖桿的外輪廓面k，達到鎖定狀態；鎖定滑塊的楔形面具有自鎖功能，使自鎖桿在受到向下的軸向外部載荷時始終保持鎖定位置，至此完成了夾持位置的鎖定；控制器控制液壓泵給腔體e和腔體b泄壓，斷開液壓源，關閉液壓泵、電控閥e以及電控閥b被夾持產品始終保持夾緊狀態和鎖定狀態；

18、在檢修或回收被夾持產品時，需使鎖緊桿解鎖，并縮回夾持桿，松開工件ⅰ與工件ⅱ，松開操作具體為：

19、解鎖：

20、通過控制器控制液液壓泵和以及電控閥b開啟，液壓泵向腔體b內注入液壓油給腔體b內施加壓力到夾緊操作對應的壓力，關閉電控閥b同時控制器控制電控閥f開啟，向腔體f內注入液壓油給腔體f內施加壓力到預設壓力后關閉電控閥f保持該壓力，注入液壓油給腔體f時，鎖定滑塊逐漸向上移動，沿徑向遠離自鎖桿方向移動到上極限位置，并觸動缸體內的位置傳感器a，自鎖桿的外輪廓面k被松開，自鎖桿處于解鎖狀態；控制器控制電控閥b開啟，使用液壓泵緩慢降低腔體b內的壓力，自適應力平衡機構外載解除，脹開，直至夾持桿端面的壓力傳感器的反饋的夾持力為零后，徹底完成腔體b的泄壓，關閉電控閥b至此完成夾持位置的解鎖；

21、松解：

22、通過控制器控制電控閥f打開，使用液壓泵給腔體f泄壓，完成后控制器控制關閉電控閥f打開電控閥a，給腔體a內輸送液壓油給腔體a內施加壓力，使上活塞帶動夾持桿、自適應力平衡機構、下活塞和自鎖桿運動到下極限位置，并觸動缸體內的位置傳感器d，至此完成工件ⅰ和工件ⅱ的松開；然后控制器控制液壓泵給腔體a泄壓，完成后關閉液壓泵和電控閥a斷開液壓源；

23、外載平衡具體為：

24、當工件ⅰ受彎矩載荷時，工件ⅰ與工件ⅱ單側有脫開的趨勢，此時，受壓縮的自適應力平衡機構的彈簧力組將夾持桿頂出，提供持續穩定的夾持力，使工件ⅰ與工件ⅱ始終處于可靠連接狀態。

25、本發明的有益效果是：

26、本發明通過液壓驅動，允許遠程和全自動操作，不受作業水深的限制，解決了深水及超深水潛水員無法作業的問題，降低了水下設備水下檢修作業成本和風險，遠程數據采集和監控功能，提升了水下設備自動控制的能力。

27、本發明的自適應力平衡機構可自動調節和吸收因外部載荷變化引起的力，減少了水下設備因風浪、水流的作用和泥面坍塌等引起的偏載和磨損，提高了水下設備的連接可靠性和使用壽命。

28、本發明的夾持裝置為機械結構，能適用于惡劣的海底環境，且可重復使用，通過與多種氣缸尺寸和自適應力平衡機構彈簧容量的組合，滿足特定水下設備夾緊力的應用需求，制造成本和使用成本低。

29、本發明的自鎖機構，一旦夾緊操作完成，在全生命周期內不需要連續能量供應和定期維護，就能提供持續恒定的夾緊力。本裝置通用性強，適用于水下立管、隔水管、海底臍帶纜、生產管線等多種水下設備。