CN103339428B - 用于管敷设船的夹具组件以及敷设管线的方法 - Google Patents

Abstract

一种管敷设船100，包括从该船向上延伸的管敷设塔300，该船包括焊接站500和在塔上的夹具组件800，焊接站用于将新的管柱段连结至由塔保持的管线的端部，夹具组件用于接合管柱段，该管柱段的下端与由塔保持的管线的端部相邻并且该管柱段从其下端在塔的旁边向上延伸，其中，夹具组件800包括管柱段夹具，管柱段夹具既起到转移夹具的作用又起到对直夹具的作用，转移夹具用于将管柱段从在塔的旁边但偏离管敷设路径的位置转移至与该管敷设路径303近似对准的位置，以及，对直夹具用于将该管柱段与该管线的端部对直。

Description

用于管敷设船的夹具组件以及敷设管线的方法

背景技术

本发明涉及一种管敷设船以及一种敷设管线的方法。这种船和方法在与油气生产有关的海上工业中是特别有用的。更具体地。本发明涉及在管敷设船的管敷设塔上的夹具组件。

在海上工业中，由某些船完成的任务之一是通过S型敷设或通过J型敷设进行管线敷设。

在“S”型敷设中，管线以稍微倾斜于或不倾斜于水平线的角度离开船，在水中接受更陡峭的倾斜度并且随后在海床上返回大致水平的安置。管线中的张力常通过沿着管敷设路径安装在船上的一些列轨道张紧器支承。轨道张紧器支撑管线的重量并控制管线的通过。S型敷设在浅海的地方是优选的，在浅海处，管线在通向海床的过程中的自然路径仅仅以较浅角度倾斜。在文献WO2006/085739和WO2007/000609中示出了S型敷设装置的示例。

在“J”型敷设中，管线以陡峭或竖直的倾斜度离开船并且该倾斜稳定地减小直至管线大致水平地安置在海床上。J型敷设常常涉及到要使新的管线部段从大体水平的位置（沿着船的甲板）运动到竖直位置以便与安装在船上的J型敷设塔对准。新的管线部段的下端焊接至管线的上端，该管线通过靠近J型敷设塔的底部设置的固定夹具从船上悬吊并保持在适当位置中。一旦已经将管线的新部段添加到现有的管线上后，则释放固定夹具并将管线沿J型敷设塔向下降低。在该降低过程中，管线中的张力可通过动滑车（travelling block）或轨道张紧器支承。随后，由固定夹具夹紧新加长的管线的上端（即，管线的新部段的上端），而如果使用了动滑车，则使动滑车返回到其靠近J型塔的顶部的原始位置，并且重复该过程。J型敷设主要用于在深海（通常在深于1000m）中敷设管线。在文献WO2009/153352和WO2009/153354中示出了J型敷设装置的示例。

在文献WO2009/153352和WO2009/153354中所示的装置中，管柱段被送到装载臂上并且在J型敷设塔旁边的位置，并且随后通过装载臂上的夹具从该位置转移至与管敷设路径对准的位置中。一旦管柱段在该管敷设路径上处于适当位置中，则它能够由三个对直夹具接合，这三个对直夹具将该管柱段相对于该管柱段将要连结的管线的端部定位在正确位置。在塔结构体的顶部上安装有内部对直系统（在说明书中以标记75标出）。

本发明的目的是提供一种改良的管敷设船以及一种改良的敷设管线的方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种管敷设船，其包括从该船向上延伸的管敷设塔，该所述塔包括：焊接站，焊接站用于将新的管柱段连结至由塔保持的管线的端部；在塔上的夹具组件，夹具组件用于接合管柱段，该管柱段的下端与由塔保持的管线的端部相邻并且该管柱段从其下端在塔的旁边向上延伸；其中，夹具组件包括管柱段夹具，该管柱段夹具既起到转移夹具的作用又起到对直夹具的作用，转移夹具用于将管柱段从在塔的旁边但偏离管敷设路径的位置转移至与管敷设路径近似对准的位置，以及，对直夹具用于将管柱段与管线的端部对直。

通过提供既用于将管柱段转移至管敷设路径中又用于对直该管柱段的管柱段夹具，能够简化夹具装置并且使一些程序加速。

优选地，该管柱段夹具在塔的顶部的区域中。优选地，该管柱段夹具用于绕管柱段的上端夹紧。

优选地，该管敷设船还包括单独的管柱段升降机，管柱段升降机用于将管柱段从在塔的基部处的大体水平定向旋转至大体平行于塔的定向。优选地，该夹具组件不安装在该管柱段升降机上。优选地，当该夹具组件起到转移夹具的作用时，该夹具组件将管柱段从管柱段升降机转移至与管敷设路径近似对准的位置。

优选地，管柱段夹具为摩擦夹具。优选地，该管柱段夹具布置成支承管柱段的重量的至少主要部分。在该情形下，尤其重要的是，同一夹具既用于转移管柱段又用于对直该管柱段。

虽然在本发明的范围内仅具有单个管柱段夹具，但通常具有多个这样的夹具。在下文描述的本发明实施方式中，根据本发明的“夹具组件”通过在下文中称作“塔夹具组件”并且包括作为根据本发明的管柱段夹具的摩擦夹具的夹具组件进行了示例说明。该船可以还包括一个或更多个另外的对直夹具，所述另外的对直夹具用于将管柱段与管线的端部对直。虽然在本发明的范围内所述另外的夹具也用于将管柱段转移至管敷设路径中，但在下文描述的本发明实施方式中它们不起这样的作用。在所描述的该实施方式中，具有两个另外的对直夹具以及一个另外的转移夹具，该一个另外的转移夹具在本实施方式中称为“塔臂”并且用于将管柱段转移至管敷设路径中。

优选地，夹具组件安装在塔上。优选地，该夹具组件安装成关于与塔的纵向轴线大体平行的轴线进行枢转运动。该组件可以安装成不仅关于与塔的纵向轴线大体平行的轴线运动，并且在所描述的本发明实施方式中，该组件安装成关于与塔的纵向轴线平行的两个间隔开的平行轴线运动。这提供组件在水平面上的更宽范围的运动。

优选地，夹具组件安装成在与塔的纵向轴线大体平行的方向上进行平移运动。优选地，该平移运动限于塔的上部部分。优选地，平移运动是除了安装成进行枢转运动以外的运动，并且平移运动例如允许管柱段从该管柱段将要连结的管线的上端上方且与该上端间隔开的位置降低至与该管线的上端相邻的位置。

优选地，管柱段夹具的定向是能够调节的。优选地，管柱段夹具的定向能够通过管柱段夹具关于与塔的纵向轴线垂直的轴线的枢转运动进行调节，更优选地，管柱段夹具的定向能够关于两个相互垂直的轴线进行调节，这两个相互垂直的轴线自身垂直于塔的纵向轴线。这种调节可为主动的或被动的；在下文描述的本发明实施方式中，该调节为被动的，管柱段夹具的定向由其他的对直夹具确定。

优选地，管柱段夹具还能够使管柱段关于管柱段的纵向轴线旋转。优选地，管柱段能够旋转大于180度；在下文描述的本发明实施方式中，管柱段夹具能够旋转+/-190度。优选地，这是主动调节。这可通过操作者对直保持在管柱段夹具中的管柱段而控制。

优选地，夹具组件还包括内部对直夹具装置。这使得内部对直夹具装置与管柱段夹具处于固定关系并且因而自动地与保持在管柱段夹具中的管柱段对准。

优选地，内部对直夹具装置包括内部对直夹具库以及内部对直夹具。优选地，内部对直夹具装置还包括内部对直夹具绞盘，内部对直夹具绞盘用于使内部对直夹具在管柱段内升高和降低。内部对直夹具可采用任何传统的形式。

优选地，内部对直夹具装置和管柱段夹具被可调节地安装从而作为单元调节其相对于塔的定向。优选地，内部对直夹具装置和管柱段夹具处于彼此固定关系。优选地，内部对直夹具装置与管柱段夹具的相对位置和定向是不能够调节的。这有助于确保内部对直夹具装置与保持在夹具组件中的管柱段自动地对直。

该船可包括悬挂夹具组件和行进式夹具，悬挂夹具组件设置在塔的下部区域，用以夹紧已经从船上部署的管线；该行进式夹具具有用于敷设管线的沿着塔的长度方向的行进路径。优选地，管敷设塔包括第一下部部段和第二上部部段，第一下部部段从近端向上延伸至在船的主甲板上方的远端，第二上部部段从第一下部部段向上延伸并且具有至少为下部部段的长度的三分之一的长度，其中行进式夹具的行进路径限于塔的下部部段。塔的第二上部部段可以可动地安装在塔的第一下部部段上，但塔的第一部段和第二部段也能够彼此成一体。该优选地布置提供这样的构造：其中，塔的上部部段能够与行进式夹具的位置不相关地相对于塔的下部部段运动。

在标题为“Pipe-laying Vessel and Method of Laying a Pipeline”的英国专利申请中描述并要求保护了提供一种具有上部部段和下部部段的管敷设塔，该申请与本申请具有相同提交日，其代理人索引号为“P01533GB”。该申请的内容通过参引整体结合到本文中。本申请的权利要求可结合在所述专利申请中公开的任何特征。特别地，本申请的权利要求可修改为包括与塔有关的特征以及与塔有关的其他相关特征，例如用于将管柱段传送至在塔旁边的位置的升降机以及用于接合管柱段和管线的不同部件的各种夹具。在下文参照附图进行的说明中简要地提及了一些所述特征。

优选地，塔具有足以包含容置首尾相连的两个管柱段的总长度。优选地，工作站设置在沿着塔向上的中途。还优选的是，工作站设置在塔的底部的区域中。在下文描述的本发明实施方式中，具有位于塔的底部的区域中的工作站以及位于沿着塔向上的中途处的另一工作站。工作站为使得正在形成的管线能够进行焊接和/或涂覆和/或检查的站。

在设置有两个工作站的情形中，它们优选地间隔开管柱段的长度。这样，两个管柱段的一个联结部能够在一个工作站进行检查或实施作业而它们的另一联结部能够在另一工作站进行检查或实施作业。优选地，工作站为由人工操纵的。

在塔包括第一下部部段和第二上部部段的情形中，优选地在第一下部部段的顶部的区域中具有工作站。

设置有还包括内部对直夹具装置的夹具组件的特征自身是本发明的特别且新颖的特征。相应地，在本发明的第二方面中，提供一种管敷设船，其包括从该船向上延伸的管敷设塔，该船包括：

焊接站，该焊接站用于将新的管柱段连结至由塔保持的管线的端部；

在塔上的多个夹具，所述夹具用于保持新的管柱段，该管柱段的下端与由塔保持的管线的端部相邻并且该管柱段从其下端在塔的旁边向上延伸；

其中，该多个夹具包括管柱段夹具，该管柱段夹具用于绕管柱段的上端夹紧，并且该管柱段夹具为夹具组件的部件，夹具组件还包括内部对直夹具装置，该内部对直夹具装置和管柱段夹具被可调节地安装从而作为单元调节其相对于塔的定向。

优选地，管柱段夹具在塔的顶部的区域中。优选地，管柱段夹具布置成支承管柱段的重量的至少主要部分。

优选地，该管敷设船还包括单独的管柱段升降机，管柱段升降机用于将管柱段从在塔的基部处的大体水平定向旋转至大体平行于塔的定向。优选地，夹具组件不安装在管柱段升降机上。优选地，当夹具组件用作转移夹具时，该夹具组件将管柱段从管柱段升降机转移至与管敷设路径近似对准的位置。

应当理解，在上文中作为关于本发明的第一方面是可选的或优选的特征描述的所有特征可在本发明的第二方面中采用，并且实际上这些特征中的绝大部分确实在下文描述的本发明的实施方式中采用。

类似地，设置布置成支承管柱段的重量的至少主要部分并且还能够使管柱段关于其纵向轴线旋转的管柱段夹具的特征自身是本发明的特别且新颖的特征。相应地，在本发明的第三方面中，提供一种管敷设船，其包括从船向上延伸的管敷设塔，该船包括：

焊接站，该焊接站用于将新的管柱段连结至由塔保持的管线的端部；

在塔上的多个夹具，所述夹具用于保持新的管柱段，该管柱段的下端与由塔保持的管线的端部相邻并且该管柱段从其下端在塔的旁边向上延伸；

其中，该多个夹具包括在塔的顶部的区域中的管柱段夹具，该管柱段夹具布置成支承管柱段的重量的至少主要部分，并且该管柱段夹具还能够使该管柱段关于其纵向轴线旋转。

优选地，该管柱段夹具用于绕管柱段的上端夹紧。

优选地，该管敷设船还包括单独的管柱段升降机，管柱段升降机用于将管柱段从在塔的基部处的大体水平定向旋转至大体平行于塔的定向。优选地，夹具组件不安装在管柱段升降机上。优选地，当夹具组件用作转移夹具时，该夹具组件将管柱段从管柱段升降机转移至与管敷设路径近似对准的位置。

应当理解，在上文中作为关于本发明的第一方面是可选的或优选的特征描述的所有特征可在本发明的第三方面中采用，并且实际上这些特征中的绝大部分确实在下文描述的本发明的实施方式中采用。

本发明还提供一种从管敷设船敷设管线的方法，其中该船为上文描述的形式中的任一种。

因此，借助于第一示例，本方法可包括利用夹具组件完成以下两者的步骤：将管柱段从在塔的旁边但偏离管敷设路径的位置转移至与管敷设路径近似对准的位置；将管柱段与管线的端部对直。借助于第二示例，该方法可包括以下步骤：设置作为单元的内部对直夹具装置和管柱段夹具并且允许调节该单元相对于塔的定向。借助于第三示例，该方法可包括以下步骤：设置在管敷设塔上的管柱段夹具，管柱段夹具用于支承管柱段的重量的至少主要部分并且还用于使得该管柱段旋转。

如应当已经理解的，关于本发明的一个方面描述的特征可结合到本发明的其他方面中。例如，本发明的第一、第二和第三方面的特征能够全部结合并且实际上已经结合到实施本发明的并在下文中描述的船中，并且本发明的方法可结合参照本发明的设备描述的任何特征，反之亦然。

附图说明

现在将参照所附示意图仅以示例方式描述本发明的实施方式，附图中：

图1示出根据本发明实施方式的船的立体图；

图2a示出在图1的船上的在初始状态下的管敷设塔的侧视图；

图2b示出也是在初始状态下的管敷设塔的前视图；

图2c示出也是在初始状态下的塔的一部分的俯视图；

图3示出在图1的船的甲板上的柱段升降机的立体图；

图4a示出塔夹具组件的立体图；

图4b示出塔夹具组件的前视图；

图4c示出塔夹具组件的侧视图；

图4d示出塔夹具组件上的摩擦夹具的仰视图；

图5a示出塔夹具机构的立体图；以及

图5b示出塔夹具机构的一部分的立体图。

具体实施方式

图1示出管敷设船100。船100具有船头端102以及船尾端101。称作艏艉线的船的底部由104标记。在船的甲板103上，在船尾端101处的为限定S型敷设设备200的各种斜坡。其他的S型敷设设备靠近船的船头设置，在WO2008/107186中对其进行了更全面的描述，所述文献的内容通过参引合并到本文。在船尾端101处的为S形敷设开口202，该S形敷设开口202用以允许管线进入靠近船100的船尾的水中。船100还具有在沿着用于S型敷设的流水作业线的中途处以及在船的中间部分中的J型敷设塔300。

图2a和图2b示出J型塔300以及相关装备的更详细的示图。塔300从船的甲板103竖直向上地延伸。

塔的下方为在船的船体中的通向下面的水的开口302。该开口允许管线P从塔300通到水中。

在以下描述中，管线包括已部署的管线（其中，所讨论的管线包括已经焊接到一起并且大体离开船100部署到船100的艏艉线104下方的管柱段）。该已部署的管线由P标记。该管线还包括尚未部署并且仍然保持在船100上的管线。该管线包括已经或将要焊接到一起并且随后在适当时进行部署的一系列的管柱段PS、P1、P2、P3。

特别地，PS为已经在其底端焊接至已部署的管线P的管柱段。因此，管柱段PS部分地部署在艏艉线104下方并且部分地仍然在船100上。P1为焊接到PS的顶端并且保持在塔的下部部段310中的管柱段，P2为正保持在塔的上部部段311中并且将在适当时焊接至P1的顶部的管柱段，以及，P3为目前在柱段升降机中的管柱段，其将在适当时焊接至P2的顶部。

在开口302的侧部附接有凹槽320（有时称作J型托架（stinger）），其控制管线P在进入水中时的定向。

在凹槽320上方并且仍在甲板103下方的为悬挂夹具组件330。悬挂夹具组件330位于凹槽320附近并且刚好位于海水水平面上方。

在悬挂夹具组件330上方为行进式夹具组件340，行进式夹具组件340安装在两个导轨342上。导轨342从悬挂夹具组件330上方通过开口302向上延伸穿过船100的甲板103并向上穿过J型敷设塔300，直至延伸到位于塔300上的位于大概中间高度处的焊接站500的刚好下方。

行进式夹具组件340包括摩擦夹具343，摩擦夹具343安装在导轨342上的滑行件（trolley）341上。滑行件341包括四个滑体（shoe）（每个角上各一个），滑体345由轮构成并且用作用以引导行进式夹具组件340沿导轨342行进的侧引导件。在每个导轨的顶部均为具有滑轮346的上部滑车组（sheave block）344。通过使用缆线347，行进式夹具组件340能够沿导轨342上下运动，缆线347向上延伸通过这些滑轮并附接至行进式夹具组件340。

摩擦夹具343对直成使得它是沿着管敷设路径或轴线303的长度的。导轨342平行于该管敷设轴线303延伸。摩擦夹具343具有两个前部门（未示出），这两个前部门能够打开以允许将包含大型物品的管柱段引入到该夹具中。另外，摩擦夹具343借助弹性安装件安装至滑行件341，以允许在大型物品引入过程中+/-1度的摆动。

在船的甲板103上，在塔300的一侧为涂覆站600。涂覆站600安装于在甲板103中的轨道601上运行的辊602上，以允许涂覆站600在与塔300的基部相邻的位置（工作位置）与稍微远离塔的基部的位置（贮存位置）之间运动。这允许行进式夹具组件340经过涂覆站600并且还允许大型物品经过。

涂覆站600与焊接站500分开，并且与焊接站500处于不同高度。这允许在管柱段已经焊接至上方的管柱段后在其经过涂覆站600时（即，在管线P通过行进式夹具组件330进行敷设时）为管柱段进行涂覆。涂覆步骤和焊接步骤能够独立且并行地发生。涂覆站600还能够在管线P上执行非破坏性试验（NDT），并且如果需要，还能够对任何有缺陷的焊接处进行修理或更换。

在塔300的另一侧为大型物品装卸滑橇（skid）700。

在塔300的所述另一侧还有柱段升降机400。该柱段升降机安装在导轨405上，导轨405从塔300的基部沿着船的甲板103延伸，使得柱段升降机能够水平地容置在船的甲板103上。导轨405还沿着塔300的所述一侧的几乎整个长度向上延伸。柱段升降机400保持由三个接头（3J）构成的管柱段P3。当柱段升降机400在导轨405上沿着塔300向上升高时，管柱段P3与与平行于管敷设轴线303的柱段轴线408对直。将结合图3更详细地描述柱段升降机。

现在将描述沿着塔300的长度方向设置的各种夹具和其他敷设装备。

从塔的顶部开始，设置有塔夹具组件800，塔夹具组件800包括铰接式摩擦对直夹具819。塔夹具组件800能够枢转从而使管柱段从柱段轴线408运动至管敷设轴线303。在图2a和图2b中，塔夹具组件示出为将在塔300的一侧处的管柱段P2夹持在柱段轴线408与管敷设轴线303之间。将结合图4a至图4c更详细地描述塔夹具组件800。

沿塔进一步向下、在焊接站500的高度上方设置有塔臂371。塔臂371以与塔夹具组件800的摩擦对直夹具819相同的方式（与第一臂和第二臂）铰接。因此，当摩擦对直夹具819将管柱段P3的顶端从柱段轴线408转移至管敷设轴线303时，对塔臂371以相同的方式进行控制以引导管柱段P3的底部部分。以这样的方式，管柱段P3处于竖直状态并且能够与管敷设轴线303对直。

塔辊370设置于塔夹具组件800与塔臂371之间近似中间处并且设置于管敷设轴线303上。塔辊370能够环绕管敷设轴线303上的管柱段P2打开或闭合。

在塔臂371上方设置有对直夹具机构352，并且将结合图5a和5b更详细地对其进行描述。

焊接站500设置有顶板502，顶板502上具有转盘503。转盘503设置有中央管开口（未示出）。因此，转盘允许焊接接头沿着管柱段的整个圆周设置。

该站将在其上方的管柱段（例如，P2）焊接至在其下方的管柱段（例如，P1），此时，可认为在该站下方的管柱段是管线P的上端。焊接站500还执行非破坏性试验（NDT）以对管柱段进行检查。

对直夹具机构353设置在焊接站500的顶板502上。对直夹具机构353与在塔300上位于更高位置处的对直夹具机构352相同。

焊接站500设置有从焊接站向外延伸至柱段轴线408下面的安全露台550。安全露台550防止管柱段（P2）在从柱段轴线408转移至管敷设轴线303时掉落。

在焊接站500的底板501下面为另一夹具372。该夹具372用以将管线P保持在塔的下部部段310中的适当位置，该管线P包括先前焊接的管柱段P1。

在塔的下部部段310中还设置有类似的夹具373。该夹具373靠近塔的下部部段310的下部312的顶部设置。该夹具安装在可倾斜基部上，使得该夹具能够朝向管敷设轴线303倾斜或背离管敷设轴线303倾斜。由于夹具372能够运动离开管敷设轴线303，这允许行进式夹具组件340在管敷设轴线303上上下行进并且经过该夹具373。

图2a还示出枢转倒下液压柱塞316，该枢转液压柱塞316用于使塔300倒下成运输和过桥构型。

图2c示出塔夹具组件800将管柱段保持在柱段轴线408上的平面图。该图还示出塔300的管敷设轴线303的位置。

图3示出在塔300的基部处的柱段升降机400。柱段升降机包括主梁结构体409，主梁结构体409具有沿着梁409的长度方向分布的三个夹具401、402、403。这些夹具401、402、403将管柱段P3保持在柱段升降机上。这些夹具为故障自动保护的并且设计为在例如不存在液压动力时保持闭合。这些夹具还设计为直到管柱段P3由塔夹具组件800和塔臂371夹紧时才打开，如将在后文中描述的。这些夹具设计为承担待使用的最重的管柱段的重量的10%的轴向载荷。

柱段升降机还在离塔300最远的第二端部处设置有滑体404。管柱段P3在柱段升降机400上时，滑体404为管柱段P3提供永久支撑并且设计为承担待使用的最重的管柱段的重量。主梁结构体409在其第一端部安装在移动滑行件406上。该移动滑行件在导轨405a上沿着塔300上下运行。还具有另外的导轨405b，导轨405b沿着船的甲板103背离塔的基部延伸并且为设置在柱段升降机400的第二端部上的辊提供引导。重要的是，导轨405b在塔300的基部处的区域处弯曲，从而在该区域中为柱段升降机400的第二端部提供支撑并且防止它被挤在塔的基部处的角中。

图4a、图4b、图4c和图4d示出在塔300的顶部处的塔夹具组件800的详细视图。塔夹具组件包括滑行件801，滑行件801在其四个角中的每一个上均具有辊804。辊804接合在两个平行的竖直导轨802中，从而使滑行件801能够在导轨802上上下运行+/-1800mm的距离。液压缸803连接至滑行件801的顶部以控制滑行件801在导轨802上的运动。液压缸803还用作重量补偿系统，用以准确地控制管柱段P2向管线P的接近，其中该管柱段P2将在焊接站500中连结于管线P。

在滑行件801上安装有框架805，使得框架805能够关于竖直轴线枢转。因此，框架805用作从滑行件801水平向外延伸的第一臂。第一臂805能够借助于两个液压缸（未示出）相对于滑行件801旋转。框架805在远端处包括竖直端杆，竖直端杆上安装有副臂809。副臂809包括套筒部分，套筒部分配合在端杆上以允许副臂809关于竖直端杆枢转。副臂能够借助于两个旋转致动器810、811相对于第一臂805旋转，旋转致动器810、811在套筒的任一端部处安装在端杆上。

枢转地安装的第一臂805和副臂809允许副臂809的远端从柱段轴线408枢转至管敷设轴线303。这意味着由塔夹具组件800保持的管柱段P2（如将在后文中描述的）能够从柱段轴线408转移至管敷设轴线303。它还允许管柱段P2在管敷设轴线303上与管线P对直，其中管线P在管柱段P2下面并且将与管柱段P2进行连结。

在副臂809的远端上为安装环813，该安装环813内为竖直延伸的内部对直夹具（ILUC）库框架820。安装环813枢转地安装在副臂809上从而关于第一水平轴线枢转运动，以及，库框架820枢转地安装在安装环813上从而关于垂直于第一水平轴线的第二水平轴线枢转运动。因此，这两个枢转安装件限定允许库框架820关于竖直轴线在任何方向上枢转的万向接头。通过固定至副臂809的限制环812，枢转被限制为约三度。此外，在该环812内部设置有能够收回的限制器，在未被收回时，该限制器防止库框架820的任何枢转。库框架820采用长形保持架的形式。在该保持架内为ILUC引导器823（图4b），ILUC引导器823呈沿着保持架的纵向轴线延伸的长形管件的形式。引导器823具有与包含在引导器823中的ILUC827相当的直径。引导器823通过万向节826附接至保持架内部。该万向节826允许引导器823在保持架内稍微地枢转。在引导器823的底端为斜面保护器824。斜面保护器824通过四个液压缸825环绕管柱段P2的顶部安装。

另外，在引导器823的底部还有四个径向安全销828，径向安全销828能够向内和向外运动以防止ILUC827穿过引导器823掉落。作为附加的/替代性的安全机构，可在ILUC827的顶端处安装安全销以将LIUC闭锁在引导器823的顶部。

在安装环813的下方为另外的环814，环814用于将可旋转摩擦夹具819安装在库框架820的下端处。在环814的下方设置有又另外的环817并且在环814与817之间设置有可旋转的套筒818。套筒818能够关于库框架820的纵向轴线旋转。环绕套筒818的周围分布有6个径向缸815，径向缸815能够相对于纵向轴线在径向上向内和向外地运动。在每个缸815的内端处为摩擦垫816。径向缸815能够向内和向外地运动以允许这些摩擦垫816夹紧管柱段P2并支撑管柱段P2的重量。由于摩擦垫816能够向内和向外地运动，因此能够适应各种直径（从8英寸至36英寸的直径）的管柱段。如图4d中能够观察到的，摩擦垫816成形为与管柱段P2的外周的圆形形状相一致。套筒818能够关于纵向轴线旋转+/-190度以允许管柱段P2关于该轴线旋转至任何方位。这将抵消斜面（bevel）之间的间隙以及管柱段P2与它将接合的管线P之间的不圆度。

ILUC827在它的顶端连接至绕ILUC绞盘轮821卷绕的缆线822。该绞盘轮安装在ILUC库框架820的顶部。绞盘轮821能够旋转以展开和收回缆线822，这使得ILUC穿过引导器823而降低和升高。通过完全地展开缆线822，ILUC827能够穿过由摩擦夹具819保持的管柱段P2向下降低并降低至焊接站500的底板501的水平面。

摩擦夹具819和ILUC库框架820能够关于库框架的轴线彼此相对旋转，但不能以别的方式进行调节，使得当将夹具819夹紧到管柱段P2的顶部时，ILUC库框架自动地对准管柱段P2。此外，当在管柱段的对准过程中允许库框架和摩擦夹具关于竖直轴线枢转时，该对准得以保持。

塔夹具组件800还包括用于对管柱段P2进行感应加热的预热系统（未示出）。

在柱段升降机400上的夹具401、402、403以及在塔夹具组件800上的摩擦夹具819设计为使得它们不能够同时地打开。这防止管柱段P2掉落。这通过在塔夹具组件800上设置机械传感器辊而实现，该机械传感器辊检测何时将管柱段P2夹紧在摩擦夹具819中。当将管柱段P2保持在摩擦夹具819中时，机械传感器辊与轮抵接并且操作阀。这允许液压流体在各种流动路径中流动并且允许柱段升降机夹具401、402、403打开。重要的是，当不存在任何液压流时（即，在自然状态下），夹具401、402、403保持闭合。

图5a和图5b示出对直夹具机构352（对直夹具机构353具有相同的设计）。对直夹具机构352包括桁架360，夹具自身安装在该桁架360上。夹具自身包括设置在桁架360内的主体361以及从主体361向外突出到桁架360外部的两个夹具指部362。

主体361的外边缘具有近似半圆形的凹口，该凹口用以容置管柱段的一个半部。两个夹具指部362枢转地安装在主体361上以便能够朝着彼此向内旋转。设置有液压缸366以致动夹具指部362。每个指部362具有向内弯曲的边缘，以便在闭合位置与主体361一起形成圆形孔。管柱段能够保持在该圆形孔中。主体361还包括两个辊并且每个指部均包括分别位于弯曲边缘处的一个辊。这四个辊365允许管柱段由夹具保持在某一水平位置而仍然允许管柱段通过该夹具竖向上下运动。

在桁架360上安装有辊363以允许桁架360关于塔300向前和向后地运动。夹具的主体361还设置有辊364以允许该夹具相对于桁架360侧向地运动。

现在将参考包括ILUC装置的塔夹具组件800的操作描述利用塔300对管线进行敷设的操作。与塔夹具组件以及ILUC装置无关的一般性操作的细节通常与本发明不相关，因此在本文中不做完整描述。这些细节的更详细的说明能够在标题为“Pipe-laying Vessel and Method of Laying aPipeline”的英国专利申请中获得，该申请与本申请具有相同提交日，其代理人索引号为“P01533GB”。如已经指出的，该申请的内容通过参引整体结合到本文中。

已经描述过的图2a示出在第一状态下的塔300和有关装备。在此，管柱段P1位于塔的下部部段310上并且焊接至管柱段PS以及已部署的管线P。管柱段P2设置在塔的上部部段311上。该管柱段P2正由塔夹具组件800的摩擦夹具819以及塔臂371保持。ILUC827已部分地部署并且向下定位在管柱段P2的长度的一半的位置。如将理解到的，由于摩擦夹具组件和ILUC装置为一个单元，因此将ILUC插入到管柱段P2中的操作不需要使得摩擦夹具组件和ILUC装置这两个部件相对于彼此对直。管柱段P2并不在管敷设轴线303上保持在管柱段P1正上方。而是，管柱段P2保持在柱段轴线408与管敷设轴线303之间的备用位置处。管柱段P3被夹紧至船的甲板103上的柱段升降机400。

在图2a中所示的状态下，摩擦夹具343保持管柱段PS的顶部。悬挂夹具330打开。如图2a所示，在行进式夹具组件340从其行进路径的顶部运动至其行进路径的底部后，行进式夹具组件340刚将管线部署好。对直夹具机构352和353打开而摩擦夹具819闭合并且保持管柱段P2的重量，而塔臂371将管柱段P2的下部保持在适当位置。

随后，悬挂夹具330绕管柱段PS闭合以承受在它下方的已部署的管线P的重量。一旦悬挂夹具承受该重量，则摩擦夹具343从PS释放。塔夹具组件800的第一臂805和副臂809（以及相应的塔臂371）旋转以将管柱段P2送到管敷设轴线303上。

ILUC827沿着管柱段P2进一步向下降低至管柱段P2和P1的连结处。对直夹具机构352、353和塔辊370绕管柱段P2闭合。随后，塔臂371从管柱段P2释放并且旋转回到备用位置。

通过使用对直夹具机构352、353进行对直。摩擦夹具819和塔辊370跟随管柱段P2的运动并且为“从动”对直器具。如果需要，则摩擦夹具819旋转以匹配管柱段P1的上端与管柱段P2的下端的不圆度。该对直操作由焊接站500的操作员使用手持便携式操纵器完成。

随后，在焊接站500内进行管柱段P1和P2的焊接，其中ILUC827在管柱段P1和P2的联结部在管线内部处于适当位置。而且，在涂覆站600中可以对管柱段P1进行涂覆或以别的方式进行处理。

一旦管柱段P1和P2的焊接完成，则ILUC穿过管柱段P2升高至库框架820。向塔辊370供给能量，使得能够将管柱段P2保持在适当位置中。随后，释放摩擦夹具819并且旋转塔夹具组件800的第一臂805以及副臂809，使得摩擦夹具819旋转至备用位置。将夹具373折叠到它的备用位置中并且使行进式夹具组件340朝向其行进路径的顶部升高经过夹具373。

随后，使摩擦夹具819和塔臂371从备用位置运动并且绕此时已经在柱段升降机400上升高的下一管柱段P3闭合，并且释放柱段升降机夹具401、402、403。随后，旋转塔夹具组件800的第一臂805和副臂809（以及塔臂371）以将管柱段P3送到在安全露台550上方的备用位置中。ILUC827穿过管柱段P3降低至沿着管柱段P3的长度方向的近似中间位置。当行进式夹具组件340已经到达它的行进路径的顶部、刚好位于焊接站500的下方时，行进式夹具组件340绕管柱段P1的顶部区域夹紧。随后，行进式夹具组件340承受已部署的管线P、以及管柱段PS和P1的重量。随后，释放悬挂夹具并且降低行进式夹具组件340以部署管线。将行进式夹具组件340降低至它的行进路径的底部（如图2a中所示）。这将管柱段P1拉动到在图2a中由管柱段PS占据的位置中。它还将管柱段P2向下拉动到在图2a中由管柱段P1占据的位置。释放对直夹具机构352和353并且其他部件随后也再次返回至图2a的第一状态，准备部署管线的另一管柱段。

能够观察到，在本发明的此实施方式中，塔311的顶部部段用于接收来自柱段升降机400的管柱段P3并且用于将该管柱段对直在管敷设路径303上。塔310的底部部段用于将管柱段P3、P2、P1与管线P焊接到一起并且通过使用行进式夹具组件340将已连结的管线P从底部部段310的顶部降低。

虽然已经参照具体实施方式描述并示出了本发明，但本领域普通技术人员将理解，本发明适用于未在本文中具体示出的许多不同的变型方案。

例如，上文描述的实施方式设计为用于由三个接头（3J）形成的敷设管柱段中。换言之，每个管柱段均由具有3种长度的管以某种方式焊接或预制作在一起而构成。该预制作通常在船上进行。典型的3J管柱段将近似为37.5m长。然而，其他实施方式可设计为用于敷设1J、2J、3J、4J或更多的管柱段。如将理解的，1J管柱段由具有单一长度的管构成。

在前面的说明中，提到了具有已知的、明显的或可预见的等同物的整体物或元件，则这些等同物如同单独地陈述那样结合到本文。应当参照权利要求以确定本发明的实际范围，该实际范围应当理解为涵括任何的这些等同物。阅读者还应当理解，本发明的描述为优选的、有利的、便利的等等的整体物或特征是可选的，并且不限制独立权利要求的范围。而且，应当理解，这种可选的整体事物或特征虽然在本发明的一些实施方式中可能是有益的，但也可能不是理想的，并且因此可能不存在于其他实施方式中。

Claims (24)

1.一种管敷设船，包括从所述船向上延伸的管敷设塔，所述船包括：

焊接站，所述焊接站用于将新的管柱段连结至由所述塔保持的管线的端部；

在所述塔上的夹具组件，所述夹具组件用于接合管柱段，所述管柱段的下端与由所述塔保持的所述管线的所述端部相邻并且所述管柱段从其下端在所述塔的旁边向上延伸；

其中，所述夹具组件包括管柱段夹具，所述管柱段夹具既起到转移夹具的作用又起到对直夹具的作用，所述转移夹具用于将所述管柱段从在所述塔的旁边但偏离管敷设路径的位置转移至与所述管敷设路径近似对准的位置，以及，所述对直夹具用于将所述管柱段与所述管线的端部对直，其中，所述夹具组件安装成关于与所述塔的纵向轴线大体平行的轴线进行枢转运动。

2.根据权利要求1所述的管敷设船，其中，所述管柱段夹具为摩擦夹具。

3.根据权利要求1或2所述的管敷设船，其中，所述管柱段夹具布置成支承所述管柱段的重量的至少主要部分。

4.根据权利要求1或2所述的管敷设船，还包括一个或更多个另外的对直夹具，所述另外的对直夹具用于将所述管柱段与所述管线的所述端部对直。

5.根据权利要求1或2所述的管敷设船，其中，所述夹具组件安装成在与所述塔的纵向轴线大体平行的方向上进行平移运动。

6.根据权利要求1或2所述的管敷设船，其中，所述管柱段夹具还能够使所述管柱段关于所述管柱段的纵向轴线旋转。

7.根据权利要求1所述的管敷设船，其中，所述夹具组件 还包括内部对直夹具装置。

8.根据权利要求7所述的管敷设船，其中，所述内部对直夹具装置包括内部对直夹具库以及内部对直夹具。

9.根据权利要求8所述的管敷设船，其中，所述内部对直夹具装置还包括内部对直夹具绞盘，所述内部对直夹具绞盘用于使所述内部对直夹具在所述管柱段内升高和降低。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的管敷设船，其中，所述内部对直夹具装置和所述管柱段夹具被可调节地安装从而作为单元调节其相对于所述塔的定向。

11.一种管敷设船，包括从所述船向上延伸的管敷设塔，所述船包括：

焊接站，所述焊接站用于将新的管柱段连结至由所述塔保持的管线的端部；

在所述塔上的夹具组件，所述夹具组件用于接合管柱段，所述管柱段的下端与由所述塔保持的所述管线的所述端部相邻并且所述管柱段从其下端在所述塔的旁边向上延伸；

其中，所述夹具组件包括管柱段夹具，所述管柱段夹具既起到转移夹具的作用又起到对直夹具的作用，所述转移夹具用于将所述管柱段从在所述塔的旁边但偏离管敷设路径的位置转移至与所述管敷设路径近似对准的位置，以及，所述对直夹具用于将所述管柱段与所述管线的端部对直，其中，所述管柱段夹具的定向是能够调节的。

12.根据权利要求11所述的管敷设船，其中，所述管柱段夹具的定向能够通过所述管柱段夹具关于两个相互垂直的轴线的枢转运动进行调节，所述两个相互垂直的轴线自身垂直于所述塔的纵向轴线。

13.根据权利要求11或12所述的管敷设船，其中，所述管柱段夹具还能够使所述管柱段关于所述管柱段的纵向轴线旋转。

14.根据权利要求11所述的管敷设船，其中，所述夹具组件还包括内部对直夹具装置。

15.根据权利要求14所述的管敷设船，其中，所述内部对直夹具装置包括内部对直夹具库以及内部对直夹具。

16.根据权利要求15所述的管敷设船，其中，所述内部对直夹具装置还包括内部对直夹具绞盘，所述内部对直夹具绞盘用于使所述内部对直夹具在所述管柱段内升高和降低。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的管敷设船，其中，所述内部对直夹具装置和所述管柱段夹具被可调节地安装从而作为单元调节其相对于所述塔的定向。

18.根据权利要求11或12所述的管敷设船，其中，所述管柱段夹具为摩擦夹具。

19.根据权利要求11或12所述的管敷设船，其中，所述管柱段夹具布置成支承所述管柱段的重量的至少主要部分。

20.根据权利要求11或12所述的管敷设船，还包括一个或更多个另外的对直夹具，所述另外的对直夹具用于将所述管柱段与所述管线的所述端部对直。

21.根据权利要求11或12所述的管敷设船，其中，所述夹具组件安装成在与所述塔的纵向轴线大体平行的方向上进行平移运动。

22.根据权利要求11或12所述的管敷设船，其中，所述夹具组件安装成关于与所述塔的纵向轴线大体平行的轴线进行枢转运动。

23.一种管敷设船，包括从所述船向上延伸的管敷设塔，所述船包括：

焊接站，所述焊接站用于将新的管柱段连结至由所述塔保持的管线的端部；

在所述塔上的多个夹具，所述夹具用于保持新的管柱段，所述管柱段的下端与由所述塔保持的所述管线的所述端部相邻并且所述管柱段从其下端在所述塔的旁边向上延伸；

其中，所述多个夹具包括管柱段夹具，所述管柱段夹具用于绕所述管柱段的上端夹紧，并且所述管柱段夹具为夹具组件的部件，所述夹具组件还包括内部对直夹具装置，所述内部对直夹具装置和所述管柱段夹具被可调节地安装从而作为单元调节其相对于所述塔的定向。

24.一种从管敷设船敷设管线的方法，其中，所述船为根据前述权利要求中任一项所述的船。