CN101036016A

CN101036016A - 海底j形管线敷设系统

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Publication number: CN101036016A
Application number: CNA2004800437963A
Authority: CN
Inventors: J·鲁登伯格; E·V·范利雷
Original assignee: Itrec BV
Current assignee: Huisman Equipment BV
Priority date: 2004-08-13
Filing date: 2004-08-13
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2024-08-13
Also published as: EP1779013B1; US20080292405A1; EP1779013A1; ATE397181T1; WO2006016798A1; DE602004014203D1; US7850397B2; CN101036016B

Abstract

一种在船只上使用的J形管线敷设系统，用来铺设海洋管线，该系统有一台J形塔台和一个管线连接站，其中新管段连至先前已投放的管线，以及一个J形塔台支承装置，它允许J形塔台相对于船只转动。J形塔台具有自由转动状态，那时J形塔台可相对于船只自由转动，因而J形塔台有一个方位，此方位不受海面状态引发的船只运动的影响。管段装料器可在装载位置(此时接收新的管段)和竖立位置(此时新管段与J形塔台对齐)之间运动。管段装料器装有自动同步系统，当管段装料器从装载位置移至竖立位置时，此系统使管段装料器相对于处在自由转动状态的J形塔台作同步转动，这至迟在管段装料器到达其竖立位置时发生，使得该新管段与处于自由转动状态的J形塔台对齐。

Description

海底J形管线敷设系统

本发明涉及用来在船只上铺设海底管线的海底J形管线敷设系统。特别是，本发明涉及这样一种管线敷设系统，其中J形塔台被支承在相关的支承装置上，此装置可以让J形塔台相对于船只转动。

以往有一些J形管线敷设船只，其中J形塔台被固定在船只上。在另一些船只中，J形塔台被支承在支承装置上，使得J形塔台可以转动，因而可将J形塔台置于所需的方位并固定在此方位。在这类船只中，J形塔台，因而连同管线，将要经受海面状态引发的船只运动。由于船只往往很大，有时是半浸水的，故在很多情况下海面状态引发的船只运动不成为问题。

US 3 581 506公布了一种远未被广泛认同的原先的设计，它根据的是本发明权利要求1的导言。在这种先前的船只中，J形塔台是用万向架固定的，因而可以在任何方向作自由转动。因而船只的左右摇晃和前后颠簸不会在管线内产生额外的应力。在US 3 851 506中，建议用由操作员控制的起重机来将新的管段装载到J形塔台内。

本发明的目标是提供一种用在船只上的改进海底J形管线敷设系统。本发明的一个目的是，在铺设管线过程中让管线所受的应力很小，即使当船只比较小，且因此而经受较大的海面状态引发的船只运动时。本发明的另一个目的是，提供一种高效率的管线敷设系统。本发明还有一个目的是，高效而可靠地将新管段装到J形塔台内。本发明再有一个目的是，提供用于J形管线敷设系统的新型管段装料器。

本发明按权利要求1的导言提供一种海底J形管线敷设系统，其特征是：管段装料器带有自动同步系统，当管段装料器从其装载位置移至直立位置时，将使管段装料器相对于处在自由转动状态的J形塔台产生同步转动(最迟在管段装料器到达直立位置时)，使得在J形塔台处于自由转动状态时，新管段可以垂直于管段支承和对准装置。

通过这种方法，可以在J形塔台相对于船只作自由转动的同时装载新的管段，这在以前是通过将很多个管线长度组合到J形塔台内而实现的。在US 3 581 506中不提供管段装料器与J形塔台的自动同步，因此起重机操作人员不得不操纵起重机来获得同步的运动。这很难甚至不可能做到，而且很危险，因为操作人员的任何失误将造成装料器与摇晃的J形塔台之间发生碰撞。

利用本发明将可以采用比较小的船只作为管线敷设船只，所以现在J形塔台的方位，即使在新管段装入J形塔台的那一时刻也不受海面状态引发的船只运动的影响。

应该指出，本发明还包括一些设计，其中J形塔台在需要时可以处在固定方位状态，这可通过使J形塔台相对于船只停留在所需方位等来实现。还可以设想提供减振装置，来让J形塔台在自由转动状态的转动减振。另外，作为另一种实施例，可以将J形塔台安置成相对于船只用万向架固定，以便在任意方向转动，这样J形塔台就有两个角向自由度。

本发明系统的另一些优良实施例将在下面的权利要求书和说明中予以介绍。

按照本发明的系统还可用于海洋钻探船等其它的场合，其中钻探缆索操纵塔台可以自由转动，且钻探缆索元件被装入钻探缆索操纵塔台内。相似的应用还有与海洋船只相连的升降机等。这些应用由权利要求21说明。

各附图中：

图1表示按照本发明提供的装有管线敷设系统的船只一部分的侧视图，

图2表示图1的船只，这时管段装料器处于中间朝上的位置，

图3表示图1和图2的船只，这时管段装料器处于与J形塔台对齐的直立位置，

图4表示从另一侧看到的图1-3的船只和管线敷设系统，

图5是图1-4的管段装料器详细侧视图，其中装料器处在装载位置和直立位置，

图6是从上面看到的图1-4的管段装料器，装料器处于装载位置，

图7是图5，6的装料器的另一侧视图，此装料器处于直立位置，

图8a-e是按照图1-7的管段装料器的运动学原理示意图。

图1-4表示具有甲板2的海洋船只1，甲板上安装了按照本发明的海底J形管线敷设系统10，用来铺设海底管线11。图1-3只显示甲板2以上的船只1的部分。从图4看到的管线11是从船只1的一个侧面投放的，但也可以是其它位置，如船尾或船头，或者通过船体内的通道(如月池)。应该指出，船只可以是任何结构，如半浸水的，趸船，等等。

系统10包括J形塔台12，在图示的实施例中，J形塔台有上塔台结构12a和下塔台结构12b。在此实施例中，下塔台12b可以通过它上端的倾斜部件12c，在下方操纵位置与基本水平的装载位置之间，相对于上塔台结构12a倾斜，以便不与船只1的系船具等相干扰。

这里的塔台结构12有管线支承装置，后者在这儿是固定或挂断夹头20(见图4)，用来支承原先投放的管线11的重量。也可以是其它的挂断装置，例如把装置悬挂在从船只绞盘放出的缆索上的装置。

还为塔台结构12a提供了活动夹头21和相关的提升装置(绞盘22和缆索23)。在将新管段装到管线11上时，活动夹头21连至它的上端，以便利用活动夹头21将固定夹头20松开并使管线11降低。

这里的下部结构12b包括管线导向装置8，例如引导管线11的滚轮，或用来把衬板加到各管段连接处的工作站9。

必须指出，本发明不限于任何特定的J形塔台结构。塔台12可包括伸至水中的支架(用来引导管线)，具有活动管线夹头的装置(可移至固定夹头下面)，等等。塔台还可以具有任何的结构设计，例如支承桁架结构，或具有基本封闭的壁的支架。

为将新管段14连到先前投放的管线11的最上端，提供了管线连接站24。连接站24可以是任何结构，依连接类型而定。该站24一般是准备将新管段14焊到管线11上。

在船只1的甲板2上安装了加高支承30，具体在这儿是具有两条腿和支承桁架的A形框架。J形塔台12通过J形塔台支承装置40连接到该支承30的上部。

参见图4-7，在此例中，支承装置40包含万向接头部件40，它具有万向接头元件41，后者被相对于船只1上的支承30围绕第一枢轴线枢接。此例中第一枢轴线42平行于船只1的纵轴。

这个J形塔台12(在图6中只能看见两个平行的支柱)可围绕第二枢轴线44相对于万向接头元件41转动。因而J形塔台12可相对船只1在任何方向转动。

J形塔台12具有自由转动状态，此时J形塔台可相对于船只1自由转动，因而J形塔台具有一个基本与海面状态引发的船只运动无关的方位。这使得该塔台12具有可与管线11对齐的优点，因此管线11上的应力比在现有管线敷设系统中要低，在现有管线敷设系统中，J形塔台被固定在船只上所需的位置，尽管在以前那些船只中角向位置可以调整到与所处情况(管线直径，水深等)相适应。

该图显示一种管段装料器50的优选实施例。它利用在自由转动状态下的J形塔台12，将新管段14装载到J形塔台12内，下面将参照图1-8作详细说明。

如图1-3所示，管段装料器50可围绕第二枢轴线44转动，因此装料器50是在基本水平的装载位置(这时管段装料器50接收新管段，见图1)，与朝上枢接的直立位置(见图3)之间运动，在后一位置上新管段14基本与J形塔台12对齐，而且可以是垂直于管段支承和对准装置(见图6)。

管段装料器50在这个实施例中是一种加长的装料器结构，在靠近它的一端有一条枢轴线，后者在这里与枢轴线44重合。在装料器结构50上设置了一个或几个夹头或者别的管段接收装置，用来可分离地夹住管段14。

在管段14与原先投放的管线11相连接时，可把夹头52当作管段的支承装置。参考数字16表示实现新管段14和原先投放的管线11对准的装置。在另一实施例中，管段支承装置被安置在塔台12内，管段被这些装置夹住，而后由装料器50的夹头52松开。

如从图5-7可清楚地看见的那样，在此实施例中，装料器50有一个叉形端部50a，它通过万向接头部件40的第二枢轴线44连接到万向接头元件41上。另外，在这里所示的例子中是这样安置管段装料器50的，使得被管段装料器50接收的管段40的纵轴，与万向接头部件40的第一枢轴线42相重合。因此，J形塔台12围绕第一枢轴线42的任何转动都不会妨碍将新管段14放到装料器50内。在那种情况下，塔台在该方向的转动只会引起夹头52的轻微角向运动。

系统10还可以这样来实现：在垂直平面内，即与万向接头部件的第二枢轴线44成直角的平面内，装料器50相对于船只1具有基本固定的装载位置。这样可以安全而高效地将新管段14放到装料器50内。

显然，当装料器50逐渐接近其竖立位置时，应避免在自由转动的J形塔台12和装料器50之间发生碰撞。在这个例子中，装料器50在任何时候都跟随J形塔台围绕第一枢轴线42转动。因此，只有围绕第二枢轴线44的转动是和避免碰撞有关。实际上，我们希望管段装料器50在到达竖立位置之前，具有和J形塔台12一样的在所有方向的转动。

按照本发明给管段装料器50提供了自动同步系统，当管段装料器50从其装载位置运动到竖立位置时，此系统引起管段装料器50相对于在自由转动状态下的J形塔台12的同步转动，这最迟在管段装料器50到达其竖立位置时发生。

我们建议这样来调整该同步系统(下面将会解析)，使在下枢转角位置管段装料器50和J形塔台不同步，而在上枢转角位置引起同步。

在这个例子中，我们看到的是装料器50的一体化的同步和枢转系统100，它同时造成装料器50的枢转和它与J形塔台的同步。我们将详细说明这个系统100。

系统100包含J形塔台四杆连杆机构，它通过下面的组合得到：

-J形塔台12，

-J形塔台连接杆101，一端与J形塔台12枢接在枢轴线102上，位置处于J形塔台万向接头部件40提供的第二枢轴线44上方，

-另一个连杆元件110，它围绕上枢轴线111可转动地与J形连接杆101相连接，并围绕下枢轴线113连至万向接头元件41的延伸部112。这样，万向接头和它的延伸部就形成这个“四杆连杆”的基础。

移动式门架120与另一个连杆元件110相联系，因而可在下枢轴线113附近位置和上枢轴线111附近位置之间移动。

在移动式门架120与管段装料器50之间提供了装料器连接杆130，它通过枢轴线121可转动地连接到移动式门架120，并通过枢轴线131在离装料器枢轴线44一定距离处连接到装料器50，使得在靠近上枢轴线111的移动式门架120的位置，由装料器50，装料器连接杆130，和另一个连杆元件110确定一个“装料器四杆连杆”，它基本上和“J形塔台四杆连杆”相同。

另一连杆110上有引导移动式门架120的导向装置，例如直线导轨，如移动式门架120可以沿之滑动或滚动的轨道等。

提供了移动式门架驱动装置140，用来沿连杆110移动移动式门架120。在这实施例中，移动式门架驱动装置140，包括固定在移动式门架120上的绞盘141，滑轮，缆索，用来使移动式门架120上下移动。

图1-3显示，当装料器50处在水平位置，而J形塔台12处于垂直位置时，另一个连杆110大致是平行于J形塔台12安置。图8a-e则表明不一定是这样，完全可以有其它的安置。

必须指出，在这些连杆装置中，所有的枢轴线都是平行的。另外，如从图8a-e所看出的，枢轴线44和枢轴线102之间的距离等于枢轴线44和枢轴线131之间的距离。另外，连杆101的长度等于连杆130的长度。

如图8a所示，在装料器的装载位置，J形塔台12绕枢轴线44的自由转动不会产生装料器50在该平面内的运动。因而可以把管段14安全地装载到装料器50上。

现在让移动式门架120向上移动(如图8b所示)，则装料器50向上转动。在这个位置下塔台12的转动不会产生装料器50的明显转动。

继续让移动式门架120向上运动，装料器到达如图8c，然后是图8d的位置。只有在装料器50的这个转动的上部位置，通过运动学的关系使装料器逐渐模仿J形塔台12的自由转动。应指出，通过使装料器逐渐同步而避免了装料器50内产生过大的应力。

最后，移动式门架120到达其上部位置，现在如从图8e所见，到达了这种情况：两个四杆连杆相重合，而且装料器与J形塔台准确同步。

这个使装料器与J形塔台12枢接和同步的工作可靠的系统，可以把新管段高效而可靠地装载到J形塔台12内。

本专业技术人员将明白，可以对这里所示的四杆连杆进行修改。特别是，通过适当选择枢轴线的位置，可以在需要时调整其运动学关系。

还应指出，可以采用任何适宜的装置作为移动式门架120及其相关的驱动装置。这可以是用齿条-齿轮使之运动的移动式门架120，用液压活塞使之运动的移动式门架120，等等。

显然，本发明还可用于这样的系统，其中J形塔台仅绕一条枢轴线转动，或者为J形塔台的转动提供两个角向自由度的系统，其中一个自由度在装载管段的过程中被取消。如前所述，从效率和管线应力的观点而言，并不太希望这样做。

这种装料器还可用于其它情况，例如用来操纵钻具组等的浮动海洋钻探装置。

在一种完全不同的设计中，同步系统不依赖机械方法，而是包括至少一个传感器(用来检测J形塔台的转动)和装料器驱动装置，后者有与该传感器相连接的控制装置，使得此驱动装置可根据检测到的转动调整成让装料器产生相同的转动。举例来说，可以设想装有检测装料器绕枢轴线44转动的传感器，和枢接装料器并将装料器逐渐带进同步转动的液压传动器。

Claims

1.在船只(1)上使用的J形管线敷设系统，用来铺设海洋管线(11)，该系统包括：

-J形塔台(12)；

-管段支承装置(52)和对准装置(16)，它们用来支承管段并使它与先前已投放的管线(11)对齐；

-管线连接站(24)，其中所述管段连至先前已投放的管线的最上端；

-J形塔台支承装置(40)，它允许J形塔台相对于船只围绕至少一条枢轴线(42，44)转动；

-管线支承装置(20)，用来支承先前已投放的管线(11)的重量，其中J形塔台(12)有一个自由转动状态，那时J形塔台可围绕至少一条枢轴线相对于船只(1)自由转动，因而J形塔台在该至少一条枢轴线的平面内有一个方位，它基本与海面状态引发的船只运动无关；

-管段装料器(50)，它可在管段装料器接收新的管段(14)的装载位置和新管段基本与J形塔台对齐的竖立位置之间运动；

这个系统的特征在于：

管段装料器(50)装有自动同步系统(100)，当管段装料器(50)从装载位置移至竖立位置时，此系统使管段装料器(50)相对于处在自由转动状态的J形塔台(12)作同步转动，这至迟在管段装料器(50)到达其竖立位置时发生，使得该新管段与处于自由转动状态的J形塔台对齐。

2.如权利要求1的系统，其中管段装料器(50)可绕枢轴线(44)转动，故装料器可在基本水平的装载位置和朝上枢接的竖立位置之间运动。

3.如权利要求1或2的系统，其中同步系统(100)被调整成这样，使得在管段装料器的下转角位置，基本不引起该管段装料器与J形塔台同步，这种同步实际上是在管段装料器的上转角位置时产生。

4.如权利要求2的系统，其中管段装料器的枢轴线(44)与J形塔台支承装置的枢轴线(44)重合。

5.按上述任一条权利要求的系统，其中管段装料器(50)安置成这样，使得被管段装料器(50)接收的管段(14)的纵轴与J形塔台支承装置的枢轴线(42)重合。

6.按上述任一条权利要求的系统，其中J形塔台支承装置包括一个万向接头部件(40)，它具有万向接头元件(41)，围绕第一枢轴线(42)相对于船只(1，30)转动，且该万向接头元件(41)有一条第二枢轴线(44)，相对于万向接头元件(41)与第一枢轴线(42)成直角。

7.如权利要求6的系统，其中装料器(50)可转动地连接至万向接头元件(41)，最好是可绕第二枢轴线(44)转动，且管段装料器(50)安置成这样，使得被管段装料器(50)接收的管段(14)的纵轴与万向接头部件的第一枢轴线(42)重合。

8.如权利要求2的系统，其中装料器包括加长装料器结构(50)，它在靠近加长装料器结构一端有一条枢轴线(44)。

9.按上述任一条权利要求的系统，其中同步系统(100)包括处在J形塔台和管段装料器之间的机械连杆。

10.按上述任一条权利要求的系统，其中同步系统(100)包括四杆连杆。

11.如权利要求2的系统，其中同步系统(100)包括J形塔台四杆连杆，它从下面的组合得到：

-J形塔台(12)，

-J形塔台连接杆(101)，它被枢接在J形塔台的一端(102)，位置处在由J形塔台支承装置提供的至少一个枢轴线(44)的上方，

-另一个连杆元件(110)，它围绕上枢轴线(111)可转动地连至J形连接杆(101)，并围绕下枢轴线(113)连接到和管段装料器相同的实体(万向接头元件41，112)，

另外，在此系统中有一个移动式门架(120)，与此另一个连杆元件(110)相联系，因而该移动式门架可在靠近下枢接点(113)的位置和靠近上枢接点(111)的位置之间移动，

此外，在此系统中，在移动式门架(120)和管段装料器(50)之间提供了一个装料器连接杆(130)，此装料器连接杆可转动地与移动式门架(120)连接，还在离开装料器枢轴线(44)一个距离处与装料器连接，使得在靠近上枢轴线(111)的移动式门架(120)的位置，由装料器(50)，装料器连接杆(130)和该另一个连杆元件(110)确定一个装料器四杆连杆，其与运动学有关的尺寸基本上与J形塔台四杆连杆相同。

12.如权利要求11的系统，其中另一个连杆(110)装有导向装置，用来引导移动式门架(120)。

13.如权利要求11或12的系统，其中提供了移动式门架(120)驱动装置，用来移动移动式门架(120)。

14.如权利要求13的系统，其中移动式门架(120)驱动装置包括与移动式门架(120)相连接的至少一个绞盘(141)和缆索(142)。

15.按权利要求11-14中任一条的系统，其中该另一个连杆(110)是一种加长结构，它具有用于移动式门架(120)的导向装置。

16.按权利要求11-15中任一条的系统，其中当装料器(50)处在水平位置且J形塔台处于垂直位置时，此另一个连杆(110)几乎与J形塔台平行。

17.按权利要求1-10中任一条的系统，其中同步系统包括至少一个传感器(用来检测J形塔台的转动)和一个驱动装置(它具有与该传感器相连接的控制装置)，因此可根据检测出的转动将驱动装置调整到把装料器带进相同的转动。

18.如权利要求17的系统，其中驱动装置是液压驱动装置，包括一个或几个液压传动器。

19.如上述任一条权利要求所述的管段装料器和相关的同步系统。

20.提供如上述一条或数条权利要求的管线敷设系统的J形管线铺设船只。

21.用于船只(如铺设海洋管线或钻探的船只)上的系统，此系统包括：

-塔台结构；

-管状段支承装置，它被安置在该塔台结构上，此管状段支承装置被调整为能把管状段支承成与先前投放的管状段的最上端对齐；

-管状段连接站，其中的管段被连至先前已投放的管状段的最上端；

-塔台支承装置，它允许塔台围绕至少一条枢轴线相对于船只转动；

-管状段支承装置，用来支承先前投放的管状段的重量；

其中塔台结构具有一种自由转动状态，此时塔台可围绕至少一条枢轴线相对于船只自由转动，因此塔台结构在该至少一条枢轴线的平面内有一个方位，它基本不受海面状态引发的船只运动的影响；

-管状段装料器，它可在装载位置(此时新管状段被管状段装料器接收)和竖立位置(此时新管状段基本与塔台结构对齐并垂直于管状段支承装置)之间运动；

这个系统的特征在于：

给管状段装料器提供了一个自动同步系统，当管状段装料器从其装载位置运动到竖立位置时，此系统引起管状段装料器相对于在自由转动状态下的J形塔台的同步转动，这最迟在管状段装料器到达其竖立位置时发生，使得此新管状段在塔台处于自由转动状态时，可以垂直管状段支承装置。