CN101551039A - 铺管船用管线张紧装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种铺管船用管线张紧装置，属于管子张紧装置领域。其特征是底座总成由底板、底座、微动升降座和调节丝杠组成。框架总成由框架座、下框架、上框架和升降框架组成。下框架安装在框架座上，上框架用法兰安装在下框架上，升降框架在上框架中上下移动。驱动总成由驱动电机、减速器、驱动轴、从动轴和链轮组成。下驱动电机安装在下框架上，上驱动电机安装在升降框架上。升降总成由升降电机、减速器、蜗轮和蜗杆组成，安装在升降框架上。轨道总成由链条、托辊、链轮和V型夹紧组件组成，其上下两部分用气囊夹紧。由控制系统远程操作和监视。主要优点是驱动和升降用电动机，夹紧用气囊，启动快速平稳，控制简单可靠、节电，铺管施工成本低。
Description
(一)技术领域
本发明涉及到敷设管道的船，也涉及到水下敷设管道，尤其是在管道铺设过程船上用的控制管子的张紧装置。具体而言是一种铺管船用管线张紧装置。
(二)背景技术
铺管船用管线张紧装置是海洋铺管船上的重要设备。在管线铺设过程中，已入水的管线受自重、浪、流的影响，承受着较大的弯曲应力，并且弯曲应力不断变化。为了使管线弯曲应力始终小于材料的屈服极限，确保管线不被破坏，就要用张紧装置向水中送管，并实时调整管线的张紧力，使此张力基本恒定不变，始终保持在允许的范围。随着海洋铺管船的不断发展，其张紧装置也在不断改进。国外一些知名公司对铺管船用张紧装置的研究、生产较早，如意大利REMACUT公司，已有五十年的生产经验；美国WESTECH公司，早在三十年前就开始研究生产；荷兰SAS公司从1968年开始生产；尤其是泰国发明人奥特马尔·迪尔，2006年2月10日在中国专利局申请了发明专利“管子拉紧装置”(200680009079.8)。至今所有的铺管船用张紧装置，几乎都用液压马达驱动张紧，用液压缸升降和夹紧，虽然张紧力大和夹紧稳定可靠，但是控制系统复杂、动力耗能多，设备加工制造成本高，要配备专用的液压源，成套进口设备费用昂贵。目前国内自行设计制造的铺管船作业水深不超过100米，钢管直径100～1500毫米，不需要太大的张紧力和夹紧力，不宜采用液压动力张紧装置。
(三)发明内容
本发明的目的就在自主创新，研制和提供一种铺管船用管线张紧装置，采用交流电机驱动、升降、气压夹紧方式及变频控制技术。达到启动快速平稳、控制简单可靠、节能和降低生产成本的目的，满足国内滩海铺管船的作业要求。
上述目的是由下述技术方案实现的：
铺管船用管线张紧装置，包括底座总成、框架总成、驱动总成、升降总成、轨道总成、夹紧总成和控制系统。框架总成安装在底座总成上，驱动总成、升降总成和夹紧总成安装在框架总成上。轨道总成安装在驱动总成上。控制系统的操作和监视部分在控制室内，各传感器装在张紧装置上。其特征是，底座总成由底板、底座、微动升降座和调节丝杠组成。底座安装在底板上，微动升降座和调节丝杠安装在底座上。框架总成由框架座、下框架、上框架、升降框架和法兰组成。下框架安装在框架座上，上框架用法兰安装在下框架上，升降框架在上框架中上下移动。驱动总成由上、下两部分组成。下驱动部分由下驱动电机、下减速器、下驱动轴、下驱动链轮、下从动轴和下从动链轮组成；上驱动部分由上驱动电机、上减速器、上驱动轴、上驱动链轮、上从动轴和上从动链轮组成。下驱动部分安装在下框架的前、后定支座上；上驱动部分安装在升降框架的前、后竖动框架上。升降总成由电动部分和手动部分组成。电动升降部分由四台升降电机、四个行星减速器、四个蜗轮和四根蜗杆组成。升降电机、行星减速器和蜗轮安装在升降框架的前、后横动框架两端。蜗杆的下部与蜗轮配合联接，上端固定在上框架的横框架两端。手动升降部分由底座、微动升降座和调节丝杠组成。微动升降座安装在底座上，调节丝杠安装在微动升降座上。轨道总成由上、下两部分组成。下轨道部分由两根下链条、若干下托辊、两个下驱动链轮、两个下从动链轮和若干V型夹紧组件组成。下驱动链轮安装在下驱动轴上，下从动链轮安装在下从动轴上，下链条安装在下驱动链轮和下从动链轮上。若干下托辊向上托起下链条的非夹紧段。若干V型夹紧组件安装在下链条上。上轨道部分由两根上链条、若干上托辊、两个上驱动链轮、两个上从动链轮和若干V型夹紧组件组成。上驱动链轮安装在上驱动轴上，上从动链轮安装在上从动轴上，上链条安装在上驱动链轮和上从动链轮上。若干上托辊向上托起上链条的非夹紧段。若干上V型夹紧组件安装在上链条上。夹紧总成由上、下两部分组成。下夹紧部分由下气囊固定板、下浮动压力板、若干下气囊和若干下夹紧轮组成。若干下气囊均布安装在下气囊固定板上，下浮动压力板装在若干下气囊与若干下夹紧轮之间，若干下夹紧轮向上紧靠在下链条的夹紧段。上夹紧部分由上气囊固定板、上浮动压力板、若干上气囊和若干上夹紧轮组成。若干上气囊均布安装在上气囊固定板上，上浮动压力板装在若干上气囊与若干上夹紧轮之间，若干上夹紧轮向下紧靠在上链条的夹紧段。控制系统有远程控制和现场手动控制两种方式。其控制电路由中心控制器CPU、模数转换器A/D、数模转换器D/A、控制继电器、张力传感器、夹力传感器、气泵压力传感器、主气路电磁阀、气囊电磁阀、显示器和报警器组成。四个张力传感器3装在四个角的微动升降座与框架座之间。多个夹力传感器装在气囊固定板上。中心控制器CPU的输入端与若干控制按钮和开关连接，其输出端与报警器、报警指示灯、各数据设置指示灯、升降控制继电器、变频器、模数转换器A/D、数模转换器D/A连接。模数转换器A/D与各传感器连接，数模转换器D/A与各电磁阀、显示器连接。
上述铺管船用管线张紧装置的下框架，其特征是由框架座、横支架、竖支架和前、后定支座组成。若干竖支架和前、后定支座安装在框架座上，横支架安装在竖支架的上端。
上述铺管船用管线张紧装置的上框架，其特征是由横框架、竖框架、斜框架和前、后动支座组成。竖框架的下端用法兰与下框架联接，横框架的两端与四个角的竖框架联接，斜框架安装在竖、横框架交叉处之间，动支座安装在竖动框架上。
上述铺管船用管线张紧装置的升降框架，其特征是由横动框架、竖动框架和加强筋板组成。横动框架的两端与竖动框架的上端联接，加强筋板安装在横动框架与竖动框架联接处。
上述铺管船用管线张紧装置的V型夹紧组件，其特征是由V型板、夹紧块和橡胶块组成。V型板中部成V型，两边为平板，其V型部分外表面安装夹紧块，橡胶块固定在夹紧块上。V型板两边的平板部分固定在链条上。
上述铺管船用管线张紧装置的控制系统，其特征是中心控制器CPU选用Q02型。
按照上述技术方案制造成的铺管船用管线张紧装置，整体结构布局合理紧凑，其各总成采用模块组装方式，有利于分解吊装拉运。尤其是驱动张紧和升降夹紧都采用电动机，而不采用液压马达和液压缸，其夹紧部分采用气囊而不采用液压缸，驱动电机采用变频控制技术，启动快速而平稳，各项功能控制简单可靠。在每根钢管焊接及探伤作业时，电机处于停转状态，节省大量电能。其整套设备制造成本，比采用液压动力的张紧装置进一步降低，维修费用也较低，所以铺管施工综合成本显著降低。其升降总成采用四台电机驱动，要比用四个液压缸更容易达到同步，防止因不同步而发生“卡死”事故。其控制功能比较完善可靠，既能在控制室内远程操作和监视，也可在作业现场操作。满足了目前国内滩海铺管船的作业要求。
(四)附图说明
附图1是本发明的整体结构左侧主视示意图。
附图2是图1的A向(前视)示意图。
附图3是其上、下轨道总成的左侧视示意图。
附图4是本发明的控制电路原理图。
附图5是本发明的控制电路组成及连接关系框图。
附图6是本发明的操作流程框图。
(五)具体实施方式
结合附图说明一个实施例：
附图1、2、3中，1是微动升降座，2是底座，3是张力传感器，4是底板，5是下驱动链轮，6是定支座，7是下链条，8是框架座，9是竖支架，10是下托辊，11是下浮动压力板，12是下气囊，13是下夹紧轮，14是下气囊固定板，15是横支架，16是下从动链轮，17是调节丝杠，18是下驱动轴，19是下从动轴，20是链条松紧调节机构，21是上下框架联接法兰，22是上驱动链轮，23是上驱动轴，24是上从动链轮，25是上从动轴，26是动支座，27是升降电机，28是行星减速器，29是蜗轮，30是蜗杆，31是大竖框架，32小竖框架，33是中横框架，34是上横框架，35是斜框架，36是上链条，37是上气囊固定板，38是上托辊，39是上浮动压力板，40是上夹紧轮，41是上气囊，42是驱动轴轴承，43是下驱动电机，44是下减速器，45是上驱动电机，46是上减速器，47是竖动框架，48是横动框架，49是V型板，50是夹紧块，51是橡胶块，52是下托辊固定板，53是上托辊固定板。G是待铺设管线。
由图1、2、3所示，铺管船用管线张紧装置，包括底座总成、框架总成、驱动总成、升降总成、轨道总成、夹紧总成和控制系统。框架总成安装在底座总成上，驱动总成、升降总成和夹紧总成安装在框架总成上，轨道总成安装在驱动总成上。控制系统的操作和监视部分在操作室内，各传感器装在张紧装置上。其特征是：
由图1所示，底座总成由底板4、底座2、微动升降座1和调节丝杠17组成。底座2安装在底板4上，微动升降座1和调节丝杠17安装在底座2上。
由图1、2所示，框架总成由框架座8、下框架、上框架、升降框架和法兰21组成。下框架安装在框架座8上，上框架用法兰21安装在下框架上，升降框架在上框架中上下移动。
由图2、3所示，驱动总成由上、下两部分组成。下驱动部分由下驱动电机43、下减速器44、下驱动轴18、下驱动链轮5、下从动轴19和下从动链轮16组成。上驱动部分由上驱动电机45、上减速器46、上驱动轴23、上驱动链轮22、上从动轴25和上从动链轮24组成。下驱动部分安装在下框架的前、后定支座6上；上驱动部分安装在升降框架的前、后竖动框架47上。
由图1所示，升降总成由电动部分和手动部分组成。电动升降部分由四台升降电机27、四个行星减速器28、四个蜗轮29和四根蜗杆30组成。升降电机27、行星减速器28和蜗轮29安装升降框架的前、后横框架48两端。蜗杆30的下部与蜗轮29配合联接，上端固定在上框架的横框架34两端。手动升降部分由底座2、微动升降座1和调节丝杠17组成。微动升降座安装在底座2上，调节丝杠17安装在微动升降座1上。
由图2、3所示，轨道总成由上、下两部分组成。下轨道部分由两根下链条7、若干下托辊10、两个下驱动链轮5、两个下从动链轮16和若干下V型夹紧组件组成。下驱动链轮5安装在下驱动轴18上，下从动链轮16安装在下从动轴19上。下链条7安装在下驱动链轮5和下从动链轮16上。若干下托辊10向上托起下链条7的非夹紧段。若干下V型夹紧组件安装在下链条7上。上轨道部分由两根上链条36、若干上托辊38、两个上驱动链轮22、两个上从动链轮24和若干上V型夹紧组件组成。上驱动链轮22安装在上驱动轴23上。上从动链轮24安装在上从动轴25上。上链条36安装在上驱动链轮22和上从动轮24上。若干上托辊38向上托起上链条36的非夹紧段。若干上V型夹紧组件安装在上链条36上。
由图3所示，夹紧总成由上、下两部分组成。下夹紧部分由下气囊固定板14、下浮动压力板11、若干下气囊12和若干下夹紧轮13组成。若干下气囊12均布安装在下气囊固定板14上，下浮动压力板11装在若干下气囊12和若干下夹紧轮13之间，若干下夹紧轮13向上紧靠在下链条7的夹紧段。上夹紧部分由上气囊固定板37、上浮动压力板39、若干上气囊41和若干上夹紧轮40组成。若干上气囊41均布安装在上气囊固定板37上，上浮动压力板39装在若干上气囊41与若干上夹紧轮40之间，若干上夹紧轮40向下紧靠在上链条36的夹紧段。
由图4、5所示，控制系统有远程控制和现场手动控制两种方式。其控制电路由中心控制器CPU、模数转换器A/D、数模转换器D/A、控制继电器、张力传感器、夹力传感器、气泵压力传感器、主气路电磁阀、气囊电磁阀、显示器和报警器组成。四个张力传感器3装在图1四个角的微动升降座1与框架座6之间。多个夹力传感器装在气囊固定板14、37上。中心控制器CPU的输入端与若干控制按钮和开关连接，其输出端与报警器、报警指示灯、各数据设置指示灯、升降控制继电器、变频器、模数转换器A/D和数模转换器D/A连接。模数转换器A/D与各传感器连接，数模转换器D/A与各电磁阀、显示器连接。
由图1所示，下框架由框架座8、横支架15、竖支架9和前后定支座6组成。竖支架9和前、后定支座6安装在框架座8上，横支架15安装在竖支架9的上端。
由图1、2所示，上框架由横框架33、34、竖框架31、32、斜框架35和前后动支座26组成。竖框架31、32的下端用法兰21与下框架联接，横框架33、34的两端与四个角的竖框架31联接，斜框架35安装在竖、横框架交叉处之间。动支座26安装在竖动框架47上。
由图2所示，升降框架由横动框架48、竖动框架47和加强筋板组成。横动框架48的两端与竖动框架47的上端联接。加强筋板安装在横动框架48与竖动框架47联接处。
由图2所示，V型夹紧组件由V型板49、夹紧块50和橡胶块51组成。V型板49中部成V形，两边为平板。其V形部分外表面安装夹紧块50，橡胶块51固定在夹紧块50上。V型板两边的平板部分固定在链条7、36上。
由图4、5所示，控制系统的中心控制器CPU选用Q02型。
铺管船用管线张紧装置操作说明：由图6所示，先将“手动/自动”旋钮置于“手动”档，合上电源开关后，显示器、传感器和电机主电源得电。首先根据管线G的直径大小，控制升降电机到相应高度，使夹紧总成初步夹紧管线G。再通过显示器检查各部位是否正常。准备完毕后，设定张力、夹力、气压等参数。然后将操作旋钮置于“自动”档，转换到远程自动控制状态。首先气泵自动打开，各气囊的进气电磁阀也自动打开，给气囊充气，逐渐将管线G夹紧。由夹力传感器测得夹力数据，夹力实时值将在显示器上显示出来。如果低于设定的夹力，气泵会自动打开给气囊充气，直至达到设定的夹力值范围；如果高于设定值，气囊的进气电磁阀自动关闭，出气阀自动打开放气至设定值。夹力稳定后，张力传感器开始工作，张力实时值也在显示器上显示出来。如果低于设定值，通过变频器控制驱动电机收紧；如果高于设定值，则放松。
如果采用手动控制方式，在现场或控制室都能操作。首先对管线G夹紧，利用夹力十字开关控制各气囊电磁阀，利用气泵给气囊充气，通过显示器或在现场观察夹紧程度。夹力调好后，再利用张力十字开关控制管线的张紧，通过显示器或在现场监测，对管线张力收紧或放松。
无论自动或手动控制，如果张力、夹力或气囊压力超过额定值，或某个部位工作不正常，都能通过组态软件在显示器上显示出来，报警装置也会报警。控制室和现场控制台都有复位和电机急停按钮，以备紧急情况使用。
Claims (6)
1.一种铺管船用管线张紧装置，包括底座总成、框架总成、驱动总成、升降总成、轨道总成、夹紧总成和控制系统，框架总成安装在底座总成上，驱动总成、升降总成和夹紧总成安装在框架总成上，轨道总成安装在驱动总成上，控制系统的操作和监视部分在控制室内，各传感器装在张紧装置上，其特征是：
a.底座总成由底板(4)、底座(2)、微动升降座(1)和调节丝杠(17)组成，底座(2)安装在底板(4)上，微动升降座(1)和调节丝杠(17)安装在底座(2)上；
b.框架总成由框架座(8)、下框架、上框架、升降框架和法兰(21)组成，下框架安装在框架座(8)上，上框架用法兰(21)安装在下框架上，升降框架在上框架中上下移动；
c.驱动总成由上、下的两部分组成，下驱动部分由下驱动电机(43)、下减速器(44)、下驱动轴(18)、下驱动链轮(5)、下从动轴(19)和下从动链轮(16)组成，上驱动部分由上驱动电机(45)、上减速器(46)、上驱动轴(23)、上驱动链轮(22)、上从动轴(25)和上从动链轮(24)组成，下驱动部分安装在下框架的前后定支座(6)上，上驱动部分安装在升降框架的前、后竖动框架(47)上；
d.升降总成由电动部分和手动部分组成，电动升降部分由四台升降电机(27)、四个行星减速器(28)、四个蜗轮(29)和四根蜗杆(30)组成，升降电机(27)、行星减速器(28)和蜗轮(29)安装在升降框架的前、后横框架(48)两端，蜗杆(30)的下部与蜗轮(29)配合联接，上端固定在上框架的横框架(34)两端，手动升降部分由底座(2)、微动升降座(1)和调节丝杠(17)组成，微动升降座(17)安装在底座(2)上，调节丝杠(17)安装在微动升降座(1)上；
e.轨道总成由上、下两部分组成，下轨道部分由两根下链条(7)、若干下托辊(10)、两个下驱动链轮(5)、两个下从动链轮(16)和若干下V型夹紧组件组成，下驱动链轮(5)安装在下驱动轴(18)上，下从动链轮(16)安装在下从动轴(19)上，下链条(7)安装在下驱动链轮(5)和下从动链轮(16)上，若干下托辊(10)向上托起下链条(7)的非夹紧段，若干下V型夹紧组件安装在下链条(7)上；上轨道部分由两根上链条(36)、若干上托辊(38)、两个上驱动链轮(22)、两个上从动链轮(24)和若干上V型夹紧组件组成，上驱动链轮(22)安装在上驱动轴(23)上，上从动链轮(24)安装在上从动轴(25)上，上链条(36)安装在上驱动链轮(22)和上从动链轮(24)上，若干上托辊(38)向上托起上链条(36)的非夹紧段，若干上V型夹紧组件安装在上链条(36)上；
f.夹紧总成由上、下两部分组成，下夹紧部分由下气囊固定板(14)、下浮动压力板(11)、若干下气囊(12)和若干下夹紧轮(13)组成，若干下气囊(12)均布安装在下气囊固定板(14)上，下浮动压力板(11)装在若干下气囊(12)与若干下夹紧轮(13)之间，若干下夹紧轮(13)上向紧靠在下链条(7)的夹紧段；上夹紧部分由上气囊固定板(37)、上浮动压力板(39)、若干上气囊(41)和若干上夹紧轮(40)组成，若干上气囊(41)均布安装在上气囊固定板(37)上，上浮动压力板(39)装在若干上气囊(41)与若干上夹紧轮(40)之间，若干上夹紧轮(40)向下紧靠在上链条(36)的夹紧段；
g.控制系统有远程控制和现场手动控制两种方式，其控制电路由中心控制器CPU、模数转换器A/D、数模转换器D/A、控制继电器、张力传感器(3)、夹力传感器、气泵压力传感器、主气路电磁阀、气囊电磁阀、显示器和报警器组成，四个张力传感器(3)装在四个角的微动升降座(1)与框架座(6)之间，多个夹力传感器装在气囊固定板(14)、(37)上，中心控制器CPU的输入端与若干控制按钮和开关连接，其输出端与报警器、报警指示灯、各数据设置指示灯、升降控制继电器、变频器、模数转换器A/D和数模转换器D/A连接，模数转换器A/D与各传感器连接，数模转换器D/A与各电磁阀、显示器连接。
2.根据权利要求1所述的铺管船用管线张紧装置，其特征是下框架由框架座(8)、横支架(15)、竖支架(9)和前、后定支座(6)组成，竖支架(9)和前、后定支座(6)安装在框架座(8)上，横支架(15)安装在竖支架(9)的上端。
3.根据权利要求1所述的铺管船用管线张紧装置，其特征是上框架由横框架(33)、(34)、竖框架(31)、(32)、斜框架(35)和前、后动支座(26)组成，竖框架(31)、(32)的下端用法兰(21)与下框架联接，横框架(33)、(34)的两端与四个角的竖框架(31)联接，斜框架(35)安装在竖、横框架交叉处之间，动支座(26)安装在竖动框架(47)上。
4.根据权利要求1所述的铺管船用管线张紧装置，其特征是升降框架由横动框架(48)、竖动框架(47)和加强筋板组成，横动框架(48)的两端与竖动框架(47)的上端联接，加强筋板安装在横动框架(48)与竖动框架(47)联接处。
5.根据权利要求1所述的铺管船用管线张紧装置，其特征是V型夹紧组件由V型板(49)、夹紧块(50)和橡胶块(51)组成，V型板(49)中部成V形，两边为平板，其V形部分外表面安装夹紧块(50)，橡胶块(51)固定在夹紧块(50)上，V型板两边的平板部分固定在链条(7)、(36)上。
6.根据权利要求1所述的铺管船用管线张紧装置，其特征是控制系统的中心控制器CPU选用Q02型。
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