CN102190067B - 用于提升的管卷轴的着陆机构 - Google Patents

Abstract

一种卷绕管存储卷轴，该卷绕管存储卷轴具有大直径中空圆柱杆、安装在船上的卷轴杆轴承支承结构、以及安装在船上的卷轴驱动布置。跨越卷轴宽度的杆提供了该杆每端上轴承的结构刚度和一致对齐。杆的每端延伸超过卷轴并包括用于连接到提升吊索的节段、用于机器轴承表面的节段、以及用于吸收在安装过程中与船的初始接触。船上的卷轴杆轴承支承结构包括固定部分和可动部分，固定部分用于匹配卷轴杆的轴承区域，可动部分用于吸收在卷轴的安装过程中的初始接触。卷轴驱动布置位置联动件上，使得其可在卷轴凸缘的平面内操纵，以移动进入与卷轴凸缘上的驱动齿轮配合。

Description

用于提升的管卷轴的着陆机构

优先权声明

本申请要求2010年3月5日提交的临时申请系列号61/310,798的优先权。

背景技术

本发明总地涉及离岸管线的安装，更具体地涉及这种安装中使用的卷轴结构。

通过将钢管卷绕到卷轴上的海底管线的安装、将负载卷轴运输到管线安装地以及将管从离岸海船展开是已有的技术。相比于海底管线安装的其它方式，卷绕的管线安装的成本优势包括减少离岸工作所需的工作量、减少支持安装操作所需的海上装备和船的数量、以及减少将安装暴露于离岸天气原因延期的更快的管线安装速度。

卷绕的管线安装方法的重点是通过将正常制造长度的钢管焊接接合成连续的管线的接合工艺，管线可然后卷绕(“卷在线轴上”)到管卷轴上。由于钢管因卷绕而导致的应力，焊接质量必须优于通常用于非卷绕管线安装的管焊接。这要求大量的岸上设施(以存储长管线)和高度熟练的工人。已知这种设施称为“管卷绕基地”。较长线是较佳地，因为这减少了卷绕过程中必须停止以焊接上另一管线的次数。

除非管线足够短使得其实际上可运送并装载到船上，卷绕管搁置船必须运送到/从管卷绕基地，从而使得管卷绕到安装在船上的卷轴上。

一旦在管卷绕基地处，当初始管配合到卷轴上、卷绕起来、将随后的线焊接到先前卷绕到卷轴上的线的端部、并重复焊接和卷绕过程直到卷轴完全负载有管线时，然后管搁置船必须在旁边。一旦负载好，管搁置船必须然后运送到管线安装地。

为了便于在管搁置船上卷绕管，管卷绕基地设施必须提供长管，从而使管线焊接上花费的时间最少。

将卷绕管搁置船运送到远处的管卷绕基地的需要、建立这种具有长管线存储能力的设施的高固定成本、以及在管的卷绕期间船的准备是用于较大卷绕管线的卷绕管搁置安装的初始经济成本驱动。为了减少卷绕管搁置船到/从管卷绕基地的行进成本量，必须产生附加的固定操作成本以建造更接近管线安装地的更多管卷绕基地。

对于较小尺寸管(包括可用在管线服务中的成盘钢管系统)，可在中心卷绕设施处用岸上管负载较小卷轴，较小卷轴提升并传送到合适的位置，在该位置其可置于合适的管搁置船上。

在使用较小卷轴的情况中，使用用于从卷轴的缘边或从用于将卷轴轴配合到卷轴架上的机器来支承和转动卷轴的下辊(under-roller)机器。用于搬运小的管卷轴的机器可安装在可能的任何合适大小的船上以允许船作为卷绕管搁置船。使用这种小卷轴的卷轴搬运机器是在油井下孔管系统操作和柔性管线搁置过程中用于分配成盘管系统的典型机器。上述使得较小管线可在远离最终装载有小卷轴的安装船的位置(诸如单一中心位置)卷绕。这去除了需要将安装船带到管卷绕的地方或建立和运行多个卷绕基地的不经济性。

对于通过卷绕管搁置方法安装的较大管线，大卷轴通常永久安装到用于卷绕管搁置安装的船。卷轴在这些船上的安装基本上是永久的，因为卷轴支承结构必须非常牢固以容忍由于船在海上航道移动而作用在卷轴上的动力载荷。这些专用的船必须运送到远处的卷绕基地并从远处的卷绕基地运送以卷绕管，或必须建立昂贵的卷绕设施以最小化卷绕管搁置船航行的运输距离。

大卷轴必须使用坚固的轴承和驱动系统安装在卷绕管搁置船上，以确保系统在卷绕操作中的牢固机械性能。这些系统必须精确地与卷轴配合以可靠地运行。当将大负载管卷轴提升到船上时，这些系统由于意外接触和撞击负载而有损坏的风险。负载有管的大卷轴通常重2500吨。本发明涉及一种能够负载3000吨重的卷轴。轴承和驱动系统的撞击损坏将致使机械问题和对应于巨大财务风险的卷绕运行终止。

由于涉及将大负载卷轴提升并装载到卷绕管搁置船上的技术挑战，对于卷绕管线安装，大提升卷轴很少有实际使用。

这样，现在服役的所有专业卷绕管搁置船具有卷轴，该卷轴永久地安装在船上且船必须通过将管从卷绕设施卷绕而装载管，这些专用卷绕管搁置船的操作者以在世界范围建立了多个管卷绕基地以支持船并减少船运行成本/时间。专用于大管的船的另一不利之处是大刚性管所需的大滚筒通过限制可能放置在具有较大滚筒的卷轴上的柔性管或管系统的能力限制了这些船的通用性，即使柔性管或管系统比刚性管具有较大弯曲能力且不需要较大圆筒。

从上所述，容易理解有这样的需要，即将卷绕管供应到卷轴搁置船上的能力，卷轴搁置船比使船多次航行到管焊接和卷绕基地和/或在世界范围内具有多个昂贵的管卷绕基地更有时间和成本效率。

发明内容

本发明解决关于在专用的卷绕管搁置船上提升、着陆、以及互换大的、重的管卷轴的问题并提供卷绕管存储卷轴，卷绕管存储卷轴具有大直径中空圆柱杆、安装在船上的卷轴杆轴承支承结构、以及安装在船上的卷轴驱动布置。跨越卷轴宽度的杆提供了该杆每端上轴承的结构刚度和一致对齐。杆的每端延伸超过卷轴并包括用于连接到提升吊索的节段、用于机器轴承表面的节段、以及用于吸收在安装过程中与船的初始接触。船上的卷轴杆轴承支承结构包括固定部分和可动部分，固定部分用于匹配卷轴杆的轴承区域，可动部分用于吸收在卷轴的安装过程中的初始接触。卷轴驱动布置位置联动件上，使得其可在卷轴凸缘的平面内操纵，以移动进入与卷轴凸缘上的驱动齿轮配合。

在所附权利要求书中具体指出本发明的各种新颖性特征，权利要求书形成本公开的一部分。为了更好地理解本发明、通过其使用可实现的其操作优点，请参考示出了本发明的较佳实施例并形成本公开的一部分的附图和说明内容。

附图说明

在附图中，形成本说明书的一部分，且在图中示出的附图标记表示全文中相同或相应部件：

图1是示出了卷轴支承总体布置的侧视图。

图2是从图1转过90度的局部视图，示出了卷轴支承的总体布置。

图3-6是示出了在卷轴负载过程中，卷轴支承的操作的细节图。

图7是沿图5中线7-7截取的放大视图。

图8-11示出了用于卷轴的驱动布置。

具体实施方式

图1是总地示出了本发明的布置的侧视图。如图1-4所示，本发明总地由具有大直径中空的卷绕管存储卷轴10、刚性环、圆柱杆12、安装在船上的卷轴杆轴承支承结构14、卷轴杆着陆装置16、以及安装在船上的卷轴驱动布置50(图8)。

工业中已知管卷轴的总体构造。如图2所示，管卷轴10通常由中心圆柱杆12、凸缘20以及鼓状物22构成。凸缘20接纳在杆12的每端附近并与杆12的每端间隔开。鼓状物22刚性附连在凸缘20之间，并具有大小为使得能够将钢管或柔性管弯曲到凸缘20之间的鼓状物22上而不致使管纵向弯曲的直径。大直径中空圆柱杆12跨越整个鼓状物22的宽度，以便提供结构刚度并提供固定在杆12的每端上的轴承24的一致对齐。

杆12的每端延伸超过凸缘20(卷轴10的两端)。固定在船上的管卷轴的不同之处在于轮轴12的每端具有三个不同的节段。最外节段26设计用于连接到提升吊索或提升环。中间节段28设计成接纳在安装在船上的轴承支承结构14的转动轴承30上。最内节段32放置成接纳在上面提到的卷轴杆着陆装置16上。管存储卷轴10可围绕卷轴凸缘20中任一个或两个的缘边上设有标准驱动齿轮。

安装在船上的卷轴杆轴承支承结构14(图2)当其安装在船上以用于转动管或卷出管时支承卷轴10。每个轴承支承结构14包括两个构件：一个固定部分和一个可垂向致动的部分。

如图1-3所示，固定部分支承开口杯转动轴承表面30，开口杯转动轴承表面30具有精确的加工公差以匹配卷轴杆12的轴承区域的加工公差。固定部分还具有刚性结构钢垂向引导件34和倾斜钢引导件36(图7)，两个引导件较佳地覆盖有超高分子量聚乙烯以减少在当将卷轴10放低到船上时任何意外的接触事件中的摩擦和点接触负载。

从图3-7中可以清楚地看到，可垂向致动的部分(卷轴杆着陆装置16)包括轴承或着陆杯38、弹簧和/或弹性体的基座40、用于选择性地限制垂向运动的锁定装置42、以及用于选择性地致使垂向运动的装置44。轴承杯38的形成和大小做成接纳杆12的最内节段32，并具有足够的刚度以消除船和卷轴杆12之间由于相对垂向运动的不同导致的高撞击负荷的风险。

着陆杯38和其弹性基座40(图3和7)装配在筒盒内，筒盒安装在轴承支承结构内使得其可使用垂向运动装置44、液压活塞或千斤顶而垂向致动，从而将支承杯38升高到固定卷轴转动轴承30上方。这确保了当卷轴10降低到着陆杯38时，卷轴杆轴承不会与固定卷轴转动轴承接触。将着陆杯插入筒盒的装配在下文中称为“卷轴软着陆装置”(RSLD)。RSLD内的着陆杯38的垂向行进距离使得卷轴杆12能够用杯转动轴承30在卷轴杆12的最终配合位置上方名义上支承预选择的短距离。如图所示，RSLD较佳地安装在杯转动轴承30的内侧。当RSLD向上致动并已提升杆12离开(clear of)转动轴承30时，可接近转动轴承30以维护和/或更换。

图3-6示出了安装卷轴过程中的顺序。在图3中，卷轴10通过吊索46提升并支承在杆12的每端。在图4和5中，杆12降低到以轴承杯38接触并由轴承杯38支承。基座40压缩并吸收撞击和负载的卷轴10的重量，同时阻止杆12与转动轴承30接触。在图6中，锁定装置42的销48已经缩回以使得杆12能够继续移动进入与转动轴承30接触。

具有移除和安装管卷轴的能力意味着在卷轴移除和安装操作中，卷轴驱动装备必须能够与卷轴脱开，从而防止损坏卷轴和卷轴驱动装备。本发明提供了可缩回和自对齐的卷轴驱动布置。

图8-11中，卷轴驱动布置50包括至少一个电动机52，电动机52安装在船上且驱动齿轮54连接到电动机52。电动机较佳地位于联动件56上从而移动进入与管卷轴10的凸缘20上的驱动齿轮配合，联动件56连接到船上的使得其可在管卷轴10的凸缘20的平面内操纵。在管卷轴10的提升或着陆过程中，电动机52从与卷轴驱动齿轮配合缩回。联动件56沿两轴线通用地钉到船上：一个轴线横向地垂直于卷轴缘边转动的切向轨迹，而另一轴线相对垂直于卷轴的转动轴线。第一轴线58(转动由箭头指示)使得联动件56能够致动进入或远离与卷轴缘边齿轮配合，而第二轴线60(转动由箭头指示)使得联动件56能够根据需要摆动以将驱动齿轮保持配合在卷轴缘边齿轮内，即使由于卷轴因为实际可互换装配所要求的公差而导致的整体运动和因为大卷轴的可互换和柔软壳体结构上的弹性挠曲和实际公差而导致的运动，而使得卷轴缘边齿轮的路径不在完美平面内。

在提升和/或着陆过程中，卷轴驱动布置50远离和朝向卷轴10的缩回通过在管搁置操作中选择性地将驱动电动机52和齿轮54远离配合的正位点而完成。在图8和11中示意性地示出了用于在管搁置操作中将驱动齿轮54保持压抵卷轴驱动齿轮的装置62，装置62可用弹簧或液压件。

本发明提供了多个优点。

本发明使得大的管卷轴能够安全地提升并着陆在位置或从专用卷绕管搁置船移出，且减少了安装在卷绕管搁置船上的损坏卷轴轴承和卷轴驱动布置的风险。这提供了实现卷绕管搁置船上卷轴的互换性优点的经济性。

本发明使得能够在不只一条卷绕管搁置船上可互换地使用更多的卷轴。这使得能够实现下面的减少关于卷绕管线安装的某些操作经济性。

*在卷轴上卷绕管而不要求卷绕管搁置船在旁边等待卷绕过程。这减少了卷绕管搁置船的等待成本。

*因为条(stalk)长度不再是使卷绕管搁置船在卷绕过程中等待的因素，所以管线条可更短。这使得管卷绕设施以小得多、更不突出、更少占地的生产方式建立。

*这使得管线的库存能够存储在一个或多个可互换卷轴上。这避免了维持用于管线的大存储面积的需要。这使得管卷绕设施以小得多的土地空间的生产方式建立。

*这使得管线的库存能够存储在一个或多个可互换卷轴上。然后，这些卷轴可运输到更接近与安装地的远程位置并一次性装载到卷绕管搁置船上。这些远程位置仅需要具有足够的提升方法以从卷绕管搁置船装载和卸载卷轴。

*可互换卷轴的使用使得能够在船上构造和采用各种卷轴鼓状物直径的卷轴。卷轴鼓状物直径决定了卷绕管产品内出现的应力。使船能够使用各种鼓状物直径的卷轴能够最小化管产品内的应力，同时还满足管产品有效负荷需要。本发明还提高了船的通用性，因为船不限于仅搁置一种类型的管，诸如钢管或柔性管。

*RSLD使得当卷轴满载时不需要外部设备来维护/修理卷轴转动轴承。这一般减少了机械故障风险和维护成本。

尽管以上已经示出和描述了本发明的各具体实施例和/或细节来说明本发明原理的应用，但应当理解，本发明可如权利要求书中更完整描述那样来实施，或者以本领域的技术人员所已知的其它方式来实施(包括任何和所有的等同物)，而不偏离这些原理。

Claims (7)

1.一种用于在卷绕管搁置船上提升和着陆装载管的管卷轴的布置，包括：

a.管卷轴，所述管卷轴由鼓状物、凸缘和中心杆构成，所述中心杆延伸超过所述凸缘的两端，其中所述中心杆的每端具有用于连接至提升吊索或提升环的最外节段、接纳在位于所述搁置船上的转动轴承上的中间节段、以及接纳在着陆机构上的最内节段；

b.着陆机构，所述着陆机构与所述搁置船上用于管卷轴的转动轴承分隔开并吸收所述装载管的管卷轴的着陆负载，并且在所述管卷轴的着陆过程中防止所述管卷轴中心杆与所述搁置船上的转动轴承接触；

c.用于在所述管卷轴的提升或着陆过程中所述着陆机构的选择性的垂向运动的装置；以及

d.卷轴轴承支承设备，所述卷轴支承设备用于在管搁置操作中支承所述管卷轴。

2.如权利要求1所述的布置，其特征在于：所述着陆机构包括：

a.轴承杯，所述轴承杯大小做成接纳所述管卷轴的所述杆；

b.基座，所述基座附连到所述轴承杯并设计成吸收所述管卷轴的所述着陆负载；以及

c.可松开锁定装置，所述可松开锁定装置附连到所述基座以选择性地限制所述轴承杯、基座、以及管卷轴的垂向运动。

3.如权利要求2所述的布置，其特征在于：所述基座由弹性体构成。

4.如权利要求2所述的布置，其特征在于：所述用于选择性地垂向移动所述着陆机构的装置包括至少一个千斤顶。

5.一种用于在卷绕管搁置船上提升和着陆装载管的管卷轴的布置，包括：

a.管卷轴，所述管卷轴由鼓状物、凸缘和中心杆构成，所述中心杆延伸超过所述凸缘的两端，其中所述中心杆的每端具有用于连接至提升吊索或提升环的最外节段、接纳在位于所述搁置船上的转动轴承上的中间节段、以及接纳在着陆机构上的最内节段；

b.着陆机构，所述着陆机构与所述搁置船上用于管卷轴的转动轴承分隔开并吸收所述装载管的管卷轴的着陆负载，并且在所述管卷轴的着陆过程中防止所述管卷轴中心杆与所述搁置船上的转动轴承接触，包括：

i.轴承杯，所述轴承杯大小做成接纳所述管卷轴的所述杆；

ii.基座，所述基座附连到所述轴承杯并具有设计成吸收所述管卷轴的所述着陆负载的弹性体；以及

iii.可松开锁定装置，所述可松开锁定装置附连到所述基座以选择性地限制所述轴承杯、基座、以及管卷轴的垂向运动；

c.用于在所述管卷轴的提升或着陆过程中所述着陆机构的选择性的垂向运动的装置；以及

d.卷轴轴承支承设备，所述卷轴支承设备用于在管搁置操作中支承所述管卷轴。

6.如权利要求5所述的布置，其特征在于：所述用于选择性地垂向移动所述着陆机构的装置包括至少一个千斤顶。

7.一种用于在卷绕管搁置船上提升和着陆装载管的管卷轴的布置，包括：

a.管卷轴，所述管卷轴由鼓状物、凸缘和中心杆构成，所述中心杆延伸超过所述凸缘的两端，其中所述中心杆的每端具有用于连接至提升吊索或提升环的最外节段、接纳在位于所述搁置船上的转动轴承上的中间节段、以及接纳在着陆机构上的最内节段；

b.着陆机构，所述着陆机构与所述搁置船上的转动轴承分隔开并吸收所述装载管的管卷轴的着陆负载，并且在所述管卷轴的着陆过程中防止所述管卷轴中心杆与所述搁置船上的转动轴承接触，包括；

i.轴承杯，所述轴承杯大小做成接纳所述管卷轴的所述杆；

ii.基座，所述基座附连到所述轴承杯并具有设计成吸收所述管卷轴的所述着陆负载的弹性体；以及

iii.可松开锁定装置，所述可松开锁定装置附连到所述基座以选择性地限制所述轴承杯、基座、以及管卷轴的垂向运动；

c.用于在所述管卷轴的提升或着陆过程中所述着陆机构的选择性的垂向运动的装置；

d.卷轴轴承支承设备，所述卷轴支承设备用于在管搁置操作中支承所述管卷轴；以及

e.卷轴驱动机构，所述卷轴驱动机构在管卷轴的提升和着陆操作中选择性地可缩回。