CN101484739A - 海底管线安装张紧装置 - Google Patents

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Abstract

海底管线安装张紧装置(40)，包括张紧装置框架(41)和安装在所述框架中的多轨道单元(42)，其中每个轨道单元包括环形轨道(42b)、底盘(42a)、支承辊或其它安装在其中用于环形轨道的轴承装置，以及一个多轨道驱动/制动构件，用于实现轨道的驱动和/或制动运动，且其中每个轨道单元布置成在相关联的框架内可动。每个轨道单元通过在轨道单元的底盘和张紧装置的框架之间具有平行连杆(53)的平行连杆系统而布置成在相关联的框架内可动。

Description

海底管线安装张紧装置
技术领域
本发明涉及海底管线安装张紧装置，主要在海底管线安装中使用，其中用于运输碳氢化合物(油、气体等)的管线铺设在海床上。
背景技术
张紧装置在海底管道铺设领域是众所周知的，张紧装置通常具有支承下水的管线的重量的任务。张紧装置用于许多管道铺设技术，例如S形铺设方法、卷轴铺设方法、J形铺设方法。张紧装置具有大的“载荷保持能力”并且在该领域中具有数十公吨的载荷保持能力、甚至高于100公吨的载荷保持能力对于张紧装置来说并不罕见。张紧装置的一个例子在US 6,394,445(Itrec)中公开。
在一个已知的海底管线安装张紧装置实施例中，包括张紧装置框架和安装在所述框架中的多轨道单元。轨道单元的数目通常与载荷保持能力和/或管线类型适应，并且通常的张紧装置设计包括两个、三个或四个轨道单元(或者可能各种不同数目的轨道单元)。每个轨道单元包括环形轨道、底盘、支承辊或其它安装在底盘上用于支承环形轨道的轴承装置，以及一个多轨道驱动/制动构件，用于实现轨道的驱动和/或制动运动。通常当轨道具有在所述管线外部上接合的摩擦衬垫时，该轨道适应性地在管道的外部上接合。
已知将每个轨道单元布置成在相关联的框架内可动，使得轨道之间的“间隙”可以适合于不同的管线直径，并且可能允许轨道单元的“宽阔打开”位置，其中大的制品(例如，装配在管线中或管线上的附件，像管线连接器)可以经由张紧装置通过。
在US 6,394,445中公开以便提供在张紧装置的框架和每个轨道单元之间的液压缸，以在轨道和管线外部之间产生“挤压压力”，需要该“挤压压力”以便在摩擦作用的基础上保持管线并且还允许轨道单元移动以适应管线的直径。可以理解的是，在管线和轨道之间所需的“挤压压力”是非常重要的，因为最终的摩擦力可能需要几十公吨，或者甚至超过一百公吨。对于张紧装置的非常大的管线重量支承能力的期望例如源于在深海中开发油田和气田的期望，在该处水的深度(并因此由张紧装置支承的下水的管线的长度，或者串联的多个张紧装置)可以大于500米，或者甚至超过1000米。
在铺管船装备有包括一个或多个张紧装置的海底管道铺设系统的情况下，待下水的管线可以进行相当大的改变，也就是说针对管线性能(刚性管线或柔性管线、涂敷的或非涂敷的、卷绕的或非卷绕的，等)。因此，存在对于张紧装置能够处理大范围的不同管线(可能装配具有比管线本身更大的横截面的附件)的需求。
已经证明现有技术的张紧装置相对于其应用范围而言受到限制。
发明内容
本发明目的在于提出一种用在海底管道铺设领域中的改进的海底管线张紧装置。
根据本发明的第一方面，本发明通过提供一种海底管线张紧装置实现上述目的，其中每个轨道单元通过在轨道单元的每个底盘和张紧装置的框架之间具有多个平行连杆的平行连杆系统而布置成在相关联的框架内可动。这种系统也被认为是平行连接件系统或平行连接件机构。
优选的是，平行连杆分别连接到所述底盘的任一端附近的底盘上。
更优选的是，一个或多个另外的平行连杆在一个或多个中间位置连接到底盘，最优选的是在底盘的中间区域。这允许在中间对底盘进行附加的支承，以便防止在中间区域中轨道单元底盘的不适当的弯曲。这样具有的优点是，防止由轨道施加到正在铺设的管线上的不均匀的挤压压力。例如，这在铺设柔性管线时是需要的，柔性管线对于在管道铺设期间施加在其上的过多的压力敏感。已经发现，在位于底盘端部的平行连杆之间中没有一个或多个附加平行连杆时，底盘将需要设计成极端坚硬的，这样不适当地增加了底盘的重量，如果如本文所说明期望的那样，也不允许使底盘更柔韧。
优选的是，致动器，优选液压缸，布置在框架和轨道单元的底盘之间。这种致动器可被称为挤压致动器。例如，其它致动器的设计可以是螺杆致动器，所述螺杆致动器已经用于管线张紧装置。
在优选实施例中，在轨道单元底盘和框架之间沿底盘的长度的间隔位置设有多个致动器，其中控制装置与所述致动器相关联，所述致动器允许独立控制由所述致动器施加在底盘上的力。在最优选的实施例中，在轨道单元底盘和框架之间在沿底盘的长度间隔开的位置处设有至少三个致动器。这允许对于底盘的每个区域或多或少地独立控制由张紧装置轨道施加到管线上的实际挤压压力，致动器在所述底盘上的每个区域接合。当采用三个致动器时，例如这允许在底盘的中间区域中以不同等级设置挤压压力，那么在轨道之间保持的管线的长度上所施加的挤压压力的两个控制是非常有利的(一方面鉴于所需的或所要求的“保持能力”以及另一方面鉴于在管线(或其涂层等)上的挤压压力的效果)。
还优选的是，所述致动器是液压缸，且其中所述控制装置是液压控制装置，所述液压控制装置允许独立控制每个汽缸内的压力。
可以想象，对于支承轨道单元底盘的每个平行连杆都设有致动器。优选的是，所述致动器在平行连杆的连接点附近在底盘上接合。
对于在管线上的压力的准确控制，优选的是，平行连杆与底盘(和/或框架)或挤压致动器与底盘(和/或框架)的一个或多个连接，优选每个连接，设有用于测量在所述位置施加的实际的力的载荷元件，且其中由此获得的力信号送到控制系统，该控制系统允许控制在管线上的张紧装置的相关联的区域中的挤压压力。
优选的是，张紧装置具有环形框架，所述环形框架包括多个沿张紧装置的轴向间隔的环形框架构件，且通过另外的优选轴向延伸的框架构件互连。
优选的是，张紧装置框架如此设计，使得张紧装置可以被打开。
在优选实施例中，所述张紧装置框架包括基部部件和两个可枢转的框架部件，所述基部部件例如横截面基本为U形，一个或多个轨道单元已经安装在所述基部部件上，所述两个可枢转的框架部件每个都可围绕铰链轴线转动，例如一系列可枢转的框架部件通过连接构件是可互连的/可拆除的，所述连接构件例如是销，所述连接构件在自由端中通过对齐的开口装配。
根据本发明的第二方面，提供了海底管线安装张紧装置，其中在轨道单元底盘和框架之间在沿底盘的长度间隔开的位置处设有至少三个致动器，且其中控制装置与所述致动器相关联，所述致动器允许独立控制由底盘上的所述致动器施加的力。上述布置的优点已经通过用于一个实施例进行说明，其中平行连杆用在轨道单元底盘和框架之间。其它相对于框架支承底盘的设计，例如像相对于底盘和管线轨迹以直角的方式布置的滑动件或可伸缩的结构也是可以的。然而已知平行连杆优选的是例如其坚固性和可靠性。
附图说明
包括本发明两个方面的具有发明性的张紧装置的一个优选实施例现在将参照附图进行详细说明。
在附图中：
图1示出了根据本发明的张紧装置的优选实施例的侧视图；
图2a、b、c示出了当处理最小的管线时图1的张紧装置的侧视图和横截面图；
图3a、b、c示出了当处理最大的管线时图1的张紧装置的横截面图；
图4a、b、c示出了当张紧装置轨道完全间隔开时图1的张紧装置的横截面图；和
图5a、b示出了处于打开状态的图1的张紧装置，以便分别允许管线的引入/移除、大物品的通过。
具体实施方式
在图1-5中，示出了根据本发明的张紧装置40的优选实施例。该张紧装置以竖直方向示出，但是也可以用在其它方向，例如在本领域内公知的倾斜的和水平的方向，或者用在可倾斜的结构中。
张紧装置40包括张紧装置框架41和多个(这里是四个)由所述张紧装置框架41支承的轨道42。该示例性张紧装置40的尺寸可以通过图4a理解，图4a示出了在张紧装置的框架上站立的操作者。
这里示出的设计中的框架41为环形框架类型，这里通常包括多个环形框架构件41a，所述多个环形框架构件41a沿张紧装置40的轴向间隔，并通过另外一个(通常轴向延伸的)框架构件41b互连。
这里，框架41的外部轮廓大致为正方形，但是也可能使用其它形状，像(例如用于两个张紧装置的)矩形或(当采用三个轨道时的)三角形。
在此处示出的设计中，张紧装置框架41如此设计，使得张紧装置可以打开(参见图5a、b)，以便管线侧部进入张紧装置和/或从张紧装置移除。在该设计中，框架41包括基部部件41c和两个可枢转的框架部件41d、e，这里基部部件41c的横截面基本上是U形，这里两个轨道单元已经安装在基部部件41c上。上述部件的每个都可绕一系列对齐的铰链47a、b旋转，所述铰链47a、b布置在环形框架构件中。可枢转的框架部件41b、c的自由端可通过连接构件48(例如销)可互连/可拆卸，所述连接构件48可以在自由端通过对齐的开口装配。
在该设计中，每个可枢转的框架部件41d、e可以如此枢转，使得可枢转的框架部件完全从其动作位置移动，以便在框架41的基部部分“前面”产生开口空间或清除封装部分49。作为优选，框架部件41d、e可以向外枢转超过90度。
每个轨道42b(这里基本上每个都是携带链元件的互连的摩擦衬垫的环形链，所述环形链围绕在底盘的每端处的链支承端部辊引导)在这里形成轨道单元42的部分。这种轨道单元42包括结实的底盘42a、支承辊或其它安装在其上的用于环形轨道的轴承装置，以及一个或多个轨道运动控制构件43，所述轨道运动控制构件43用于实现相关联轨道的受控运动(即通常是轨道的驱动和/或制动和/或反向运动)。在该例子中，使用一个或多个液压电机43，所述电机在张紧装置的一端控制轨道辊的运动，所述轨道辊与轨道啮合。
这里，每个轨道单元42通过在底盘42a和张紧装置的框架41之间具有平行连杆53的平行连杆系统布置成在相关联的框架41内可动。支承轨道单元底盘的所述杆53具有附接到框架和底盘的枢轴，并在所述枢轴之间具有相同的长度。另外，所述杆53如此布置，使得对于杆的每个位置都是平行的。
在该优选实施例中，轨道单元42的底盘42a通过在框架41中的平行连杆53支承，不仅在其轴向端(在该方向中是下端和上端)并且在一个或多个中间位置支承，这里是在底盘42a的中间位置支承。这种通过一个或多个底盘42a的中间平行连杆提供的附加支承，可防止轨道单元底盘42a在中间区域中的不适当的弯曲，并因此防止了由正在铺设的管线上的轨道42b施加的不均匀的压力。例如，这种情况当铺设柔性管线时是期望的，所述柔性管线对由局部施加过多的压力造成的损坏是敏感的。
甚至可以想象，所述一个或多个中间的平行连杆设计成(例如在其一端)是分离的，以便允许多个张紧装置的底盘42a的挠度。例如，当铺设刚性管线时这是有利的，例如在下文中说明的，人们也可以通过对相关联的一个或多个液压致动器的合适的控制/移除，来减小或消除在底盘42a的所述中间区域中的任何液压力。
优选的是，每个连杆通过连接销在其端部分别连接到框架和底盘，优选的是可拆卸的销，以便允许连杆(至少是用于中间布置的连杆)脱离连接。
优选的是，如在本例中，在底盘42a的每个支承位置，两个邻近的平行连杆53在框架41和底盘42a之间延伸。
一组一个或多个致动器，这里是液压缸44，可以实现轨道单元的移动，并因此允许在轨道42b之间的间隙的改变，以及在管线上施加压力以实现所需的摩擦力。
作为优选，汽缸44已经放置在每个位置处，在所述位置，底盘42a通过平行连杆53连接到框架。这样允许设定压力，轨道42b通过该压力与用于沿底盘长度的每个区域的管线相接合(这里是牵引端区域和中间区域)。另外，这也允许控制每个轨道单元的弯曲动作。
优选的是，当在管线上接合时，将平行连杆53布置成面向上(或与由下水的管线施加的拉力相反)朝向张紧装置的中心线。这引起轨道42b在管线上某种程度上的“自夹紧”。值得注意的是，实际上，多数的夹持力通过液压缸44获得，使得对所施加的液压的准确控制导致对夹持压力的控制。
可以想象，平行连杆53与底盘42a(和/或框架)的每个连接或者致动器连接到用于测量在所述位置施加的实际的力的载荷元件。在该例子中通过独立调整每个汽缸中的压力，然后该力信号可以用于控制在张紧装置的相关联区域中的挤压压力(这里是指在端部区域和在中间区域中)。
优选的是，每个液压缸设有压力传感器，所述压力传感器检测在所述汽缸内的实际压力，所述传感器集成在所述张紧装置的液压控制系统中。
优选的是，阀安装件与每个汽缸相关联，以便控制在所述汽缸内的压力。
可以想象，每个与作为底盘的特定区域(例如端部和/或中间区域)相关联的液压缸可以通过合适的液压控制系统独立控制，以便控制在管线上的张紧装置的所述区域中施加的压力。
人们也可以想象一个实施例，其中例如与张紧装置的中间区域相关联的所述一个或多个液压缸是不可动的/可移动的，使得当优选多种底盘的挠度用于处理管线，例如，以便当铺设具有在制造过程中由于公差导致的各种不同变化直径的刚性和/或经涂敷的管道时，没有液压力施加到所述区域中。底盘的挠度允许管线的更厚的部分通过，且不会在管线上施加不合适的应力。
另外优选的是，在张紧装置中提供位置检测装置，以便能够检测至少一个轨道单元的位置。可以想象，在一组相对的轨道单元中，使用位置检测以使一个轨道保持在固定位置，其中相对的轨道操作成可动的，并根据在管线上施加的压力进行控制。清楚的是，当增加上述压力时，所述“被控制的位置”然后根据位置控制进行修正。这允许将管线保持在预期的管线轨迹，并避免不期望的在管线上不均匀的加载。

Claims (15)

1.海底管线安装张紧装置，包括张紧装置框架和安装在所述框架中的多轨道单元，其中，每个轨道单元包括环形轨道、底盘、轴承装置，例如支承辊等，所述轴承装置安装在所述底盘上用于支承所述环形轨道，和一个多轨道运动控制构件，用于实现轨道的受控运动，其中每个轨道单元布置成在相关联的框架内可动，其特征在于，每个轨道单元通过在轨道单元的底盘和张紧装置的框架之间具有平行连杆的平行连杆系统而布置成在相关联的框架内可动。
2.根据权利要求1所述的张紧装置，其中平行连杆分别连接到邻近所述底盘的任一端的轨道单元的底盘上。
3.根据权利要求2所述的张紧装置，其中一个或多个另外的平行连杆在底盘的中间位置连接到底盘，使得轨道单元的所述底盘至少在其两端区域中以及在中间区域中通过每个所述平行连杆支承。
4.根据前述权利要求中一项或多项所述的张紧装置，其中致动器，优选是液压缸，布置在框架和轨道单元的底盘之间。
5.根据前述权利要求中一项或多项所述的张紧装置，其中在轨道单元底盘和框架之间沿底盘的长度的间隔位置处设有多个致动器，其中控制装置与所述致动器相关联，所述致动器允许独立控制由所述致动器施加在底盘上的力。
6.根据前述权利要求中一项或多项所述的张紧装置，底盘(和/或框架)上的平行连杆或底盘(和/或框架)上的致动器设有用于测量在所述位置处施加的实际的力的载荷元件，其中由此获得的力信号送到控制系统，该控制系统允许控制在管线上的张紧装置的相关联的区域中的挤压压力。
7.根据权利要求5或6所述的张紧装置，其中所述致动器是液压缸，其中所述控制装置是液压控制装置，所述液压控制装置允许在每个汽缸内独立控制压力。
8.根据权利要求5-7任一项所述的张紧装置，其中致动器与支承所述底盘的每个平行连杆相关联。
9.根据权利要求8所述的张紧装置，其中所述致动器在平行连杆的连接点附近在底盘上接合。
10.根据前述权利要求中一项或多项所述的张紧装置，其中张紧装置具有环形框架，所述环形框架包括多个沿张紧装置的长度间隔的环形框架构件，且通过另外的优选轴向延伸的框架构件互连。
11.根据前述权利要求中一个或多个所述的张紧装置，其中张紧装置框架如此设计，使得张紧装置框架可以被打开，用于管线侧部进入到张紧装置内和/或管线从张紧装置移除。
12.根据权利要求11所述的张紧装置，其中张紧装置框架包括基部部件和两个可枢转的框架部件，所述基部部件例如横截面基本为U形，一个或多个轨道单元已经安装在所述基部部件上，所述两个可枢转的框架部件每个都可围绕铰链轴线转动，例如一系列对齐的铰链布置在环形框架构件中，其中可枢转的框架部件的自由端通过连接构件是可互连的/可拆除的，所述连接构件例如是销，所述连接构件在自由端中通过对齐的开口装配。
13.根据前述权利要求中一个或多个所述的张紧装置，其中设有位置检测装置，以检测至少一个轨道单元在框架内的位置。
14.海底管线安装张紧装置，包括张紧装置框架和安装在所述框架中的多轨道单元，其中每个轨道单元包括环形轨道、底盘、轴承装置，例如支承辊等，所述轴承装置安装在所述底盘上用于支承所述环形轨道，和一个多轨道运动控制构件，用于实现轨道的受控运动，且其中每个轨道单元布置成在相关联的框架内可动，其特征在于，在轨道单元底盘和框架之间在沿底盘的长度间隔开的位置处设有至少三个致动器，其中控制装置与所述致动器相关联，所述致动器允许独立控制由底盘上的所述致动器施加的力。
15.海底管线安装船，包括根据前述权利要求中一个或多个所述的张紧装置。
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