CN105202262B - 自行式海底管道埋设装置及其施工工艺 - Google Patents

Abstract

一种自行式海底管道埋设装置及其施工工艺，该装置包括：履带行走机构、对中机构、喷冲破土机构、本体机构和高压造流机构，其中：履带行走机构设置于本体机构下方的左右两侧，对中机构与本体机构垂直并设置于本体机构的前端中央；喷冲破土机构设置于本体机构的下方；通过对中机构抱紧管线，喷冲破土机构在履带行走机构的带动下破土，对中机构配合履带行走机构不断调整，实现自主管线跟踪行走；本发明通过对中机构对管道进行夹紧定位，能够实时跟踪管道，实现自行式触探循线；通过水路切换单元，进行水路的分段切换，实现海底沟内不同高度内的分段集中破土，在有限流量和扬程的水路条件下提高开沟效率。

Description

自行式海底管道埋设装置及其施工工艺

技术领域

本发明涉及的是一种海洋工程领域的技术，具体是一种自行式海底管道埋设装置及其施工工艺。

背景技术

在海底管线埋设、检测和维修技术方面，海底管道埋设系统分为拖曳式和自行式系统。其中，滑靴拖曳式牵引动力极大，控制难度高，对支持母船要求也高，整个系统较为庞大；滑靴自行推进式的前进动力是通过推进器驱动，能力有限，适合软土作业；履带自行式则通过履带驱动，地质适应性广，能力强，技术要求高。目前，履带自行式管线埋设系统是海底管道及电缆的埋设技术的发展趋势。

在履带车载体上通过更换不同的挖沟机械，进行海底管道埋设需要解决三大问题：履带轮系统内部在海底的耐压和密封问题；如何对管线进行跟踪，实现履带巡线挖沟的问题；如何解决履带自行式管线埋设系统对管线可能产生的冲击，而导致管线受损的问题。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103114620B，公告日2015.2.11，公开了一种大功率潜水射流前后喷冲气举海底管线挖沟机，包括挖沟机本体，挖沟机本体包括呈左右设置的滑撬，两个滑撬之间通过主梁连接，两根主梁之间连接有左右两根调节纵梁，两根调节纵梁之间连接有前后两根横梁，有两个挖沟机喷冲泵架设于横梁上；位于前方的主梁上竖向安装有射水管道前导向架，其上安装多个喷嘴。但该技术需要重复挖沟以使沟达到设定深度，并且需要通过路由定位找寻管线位置，降低埋设效率；该挖沟机属于滑靴拖曳式挖沟机，对于支持母船要求较高，并且不能进行深水作业。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种自行式海底管道埋设装置及其施工工艺，通过对中机构固定管线，喷冲破土机构在履带行走机构的带动下破土，对中机构上的管线跟踪单元和驱动单元配合履带行走机构不断调整，实现自主管线跟踪行走，提高管道埋设效率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种自行式海底管道埋设装置，包括：履带行走机构、对中机构、喷冲破土机构、本体机构和高压造流机构，其中：履带行走机构设置于本体机构下方的左右两侧，对中机构与本体机构垂直并设置于本体机构的前端中央；喷冲破土机构设置于本体机构的下方。

所述的履带行走机构包括：张紧机构、支重轮、拖链轮、驱动轮、导向轮、履带板、履带底盘和补偿机构，其中：支重轮、拖链轮、驱动轮和导向轮分别轴接，并与履带板接触；履带板、张紧机构和补偿机构设置于履带底盘上。

所述的本体机构包括：从上而下依次相连的搭载平台、承力框架和支撑结构。

所述的搭载平台和承力框架分别通过支撑结构与履带底盘固定连接。

所述的对中机构包括：限位总成单元、测力单元、管线垂向位置测量单元和管线水平位置测量单元，其中：管线水平位置测量单元和管线垂向位置测量单元分别设置于限位总成单元上，并分别与测力单元相连。

所述的限位总成单元包括：升降组件和分别设置于其两侧的一对限位组件。

所述的升降组件设置于本体机构上。

所述的管线水平位置测量单元分别设置于左限位组件和右限位组件上。

所述的升降组件包括：导轨、滑块、伸缩缸和直线位移传感器，其中：直线位移传感器的一端与滑块的下端相连，另一端固定于导轨上，伸缩缸驱动滑块相对于导轨垂直移动，并通过直线位移传感器感应得到升降组件的长度变化。

所述的喷冲破土机构包括：水路旋转对接单元、水路切换单元、摆动单元和破土单元，其中：水路旋转对接单元、水路切换单元和破土单元依次相连，摆动单元与破土单元相连。

所述的破土单元包括：喷嘴和喷冲臂，其中：喷嘴分别设置于喷冲臂的前向、侧向和后向。

所述的高压造流机构包括：高压水泵和与高压水泵相连的水路管道。

所述的水路管道与喷冲破土机构相连。

本发明涉及上述装置的施工工艺，包括以下步骤：

1)将自行式海底管道埋设装置从母船上吊放入水，跨骑在海底管道上。

2)启动履带行走机构，调节对中机构在管道的正上方。

3)启动对中机构，将管道定位夹紧，获得管道与埋设装置的相对位置。

4)根据测量的管道水平位置，操纵履带行走机构，使喷冲臂始终跟踪管线，根据测量的管道垂向位置，调节升降组件，使对中机构始终抱紧管道。

5)启动高压造流机构和喷冲破土机构，喷冲臂通过摆动单元下放到设计沟深时，开始作业，母船在上方跟踪。

6)喷冲破土作业完成后，回收喷冲臂和对中机构，起吊自行式海底管道埋设装置，并回收至甲板。

技术效果

与现有技术相比，本发明通过履带轮系空腔进行充油补偿，实现履带在浅水或深水条件下工作；通过对中机构对管道进行夹紧定位，防止与埋设装置其他部位接触，保护管道，并可随开随埋；通过对中机构的管线水平位置测量总成实时跟踪管道，实现自行式触探循线；通过水路切换单元，进行水路的分段切换，实现海底沟内不同高度内的分段集中破土，在有限流量和扬程的水路条件下提高开沟效率。

附图说明

图1为自行式海底管道埋设装置主视图；

图2为自行式海底管道埋设装置俯视图；

图3为本体机构前端示意图；

图4为对中机构示意图；

图中：(a)为前视图，(b)为A向视图；

图5为对中机构运行示意图；

图中：(a)为前视图，(b)为侧视图；

图6为升降组件示意图；

图中：1为对中机构，2为本体机构，3为高压造流机构，4为履带行走机构，5为喷冲破土机构，6为搭载平台，7为支撑结构，8为限位总成单元，9为测力单元，10为管线水平位置测量单元，11为管线保护机构，12为管线垂向位置测量单元，13为水路管道，14为履带底盘，15为升降组件，16为左限位组件，17为右限位组件，18为驱动单元，19为液压马达，20为补偿机构，21为承力框架，101为测量门，102为压紧装置，103为角度测量机构，1501为导轨，1502为滑块，1503为伸缩缸，1504为直线位移传感器。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例包括：液压马达19、履带行走机构4、对中机构1、喷冲破土机构5、本体机构2和高压造流机构3，其中：履带行走机构4设置于本体机构2下方的左右两侧，对中机构1与本体机构2垂直并设置于本体机构2的前端中央；喷冲破土机构5设置于本体机构2的下方，液压马达19驱动履带行走机构4。

所述的履带行走机构4包括：张紧机构、支重轮、拖链轮、驱动轮、导向轮、履带板、履带底盘14和补偿机构20，其中：支重轮、拖链轮、驱动轮和导向轮分别轴接，并与履带板接触；履带板、张紧机构和补偿机构20设置于履带底盘14上。

所述的本体装置2包括：从上而下依次相连的搭载平台6、承力框架21和支撑结构7。

如图3所示，所述的搭载平台6和承力框架21分别通过支撑结构7与履带底盘14固定连接。

所述的对中机构1包括：限位总成单元、测力单元9、管线垂向位置测量单元12和管线水平位置测量单元10，其中：管线水平位置测量单元10和管线垂向位置测量单元12分别设置于限位总成单元上，并分别与测力单元9相连。

如图4和图5所示，所述的限位总成单元包括：升降组件15、左限位组件16和右限位组件17，其中：左限位组件16和右限位组件17分别设置于升降组件15两侧。

所述的升降组件15活动设置于本体机构2上。

所述的左限位组件16和右限位组件17上分别活动设置有管线水平位置测量单元10。

所述的左限位组件16和右限位组件17由驱动单元18控制开合，并分别设有管线保护机构11。

如图6所示，所述的升降组件15包括：导轨1501、滑块1502、伸缩缸1503和直线位移传感器1504，其中：直线位移传感器1504的一端与滑块1502的下端相连，另一端固定于导轨1501上，伸缩缸1503驱动滑块1502相对于导轨1501垂直移动，并通过直线位移传感器1504感应得到升降组件15的长度变化。

所述的测力单元9包括左测力单元和右测力单元。

所述的管线水平位置测量单元10包括：测量门101、压紧装置102和角度测量机构103，其中：压紧装置102将测量门101压紧在所述管线上，角度测量机构103测量测量门101的偏转角度。

所述的喷冲破土装置包括：所述的喷冲破土机构5包括：水路旋转对接单元、水路切换单元、摆动单元和破土单元，其中：水路旋转对接单元、水路切换单元和破土单元依次相连，摆动单元与破土单元相连。

所述的摆动单元为油缸。

所述的破土单元包括：喷嘴和喷冲臂，其中：喷嘴分别设置于喷冲臂的前向、侧向和后向。

所述的高压造流机构包括：高压水泵和与高压水泵相连的水路管道。

所述的水路管道与喷冲破土机构相连。

本实施例通过以下步骤实现管道埋设：

1)将自行式海底管道埋设装置从母船上吊放入水，跨骑在海底管道上。

2)启动履带行走机构4，调节对中机构1在管道的正上方。

3)启动对中机构1，将管道定位夹紧，获得管道与埋设装置的相对位置。

4)根据测量的管道水平位置，操纵履带行走机构4，使喷冲臂始终跟踪管线，根据测量的管道垂向位置，调节升降组件15，使对中机构1始终抱紧管道。

5)启动高压造流机构和喷冲破土机构5，喷冲臂通过摆动单元下放到设计沟深时，开始作业，母船在上方跟踪。

6)喷冲破土作业完成后，回收喷冲臂和对中机构1，起吊自行式海底管道埋设装置，并回收至甲板。

所述的履带底盘14的轴与轮毂构成的空腔内注有补偿油，使得外界水环境与腔内油环境压力平衡且密封隔离，使得履带行走机构4可以在浅水或深水条件下工作。

所述的履带行走机构4为海底移动挖沟提供牵引力并进行调向。

所述的本体机构2提供所有设备搭载基础，并提供吊点，用于将埋设机布放海底并回收。

所述的管线水平位置测量单元10和管线垂向位置测量单元12的高度可上下调节，提供管道的位置测量信息，使埋设机在开沟作业中通过管线水平位置测量单元10和管线垂向位置测量单元12抱住管道。

所述的测力单元9用于测量管线所受到的侧向挤压力。

所述的管线水平位置测量单元10和管线垂向位置测量单元12可实时测量管道相对本体机构2的上下、左右偏移位置，并配合履带行走机构4不断调整，实现自主管线跟踪行走。

所述的管线保护机构11的宽度可根据管道的直径进行调节，并具有开合机构，在提升状态时可完全张开，防止管道与周边结构接触。

所述的对中机构1在埋设机坐底前调整艏向位置及侧向位置，便于就位。

本实施例采用高压海水喷冲破土，通过水路切换单元实现选择性流量控制，其中水路切换单元内部采用分舱式结构，通过传感控制系统控制阀芯旋转，通过阀芯与管道间遮盖量的变化实现流量控制，进行水路的分段切换，实现海底沟内不同高度内的分段集中破土。

Claims (8)

1.一种自行式海底管道埋设装置，其特征在于，包括：履带行走机构、对中机构、喷冲破土机构、本体机构和高压造流机构，其中：履带行走机构设置于本体机构下方的左右两侧，对中机构与本体机构垂直并设置于本体机构的前端中央；喷冲破土机构设置于本体机构的下方；

所述的对中机构包括：限位总成单元、测力单元、管线垂向位置测量单元和管线水平位置测量单元，其中：管线水平位置测量单元和管线垂向位置测量单元分别设置于限位总成单元上，并分别与测力单元相连；

所述的管线水平位置测量单元包括：测量门、压紧装置和角度测量机构，其中：压紧装置将测量门压紧在所述管线上，角度测量机构测量测量门的偏转角度。

2.根据权利要求1所述的自行式海底管道埋设装置，其特征是，所述的限位总成单元包括：升降组件和分别设置于其两侧的一对限位组件。

3.根据权利要求2所述的自行式海底管道埋设装置，其特征是，所述的升降组件包括：导轨、滑块、伸缩缸和直线位移传感器，其中：直线位移传感器的一端与滑块的下端相连，另一端固定于导轨上，伸缩缸驱动滑块相对于导轨垂直移动，并通过直线位移传感器感应得到升降组件的长度变化。

4.根据权利要求1所述的自行式海底管道埋设装置，其特征是，所述的履带行走机构包括：张紧机构、支重轮、拖链轮、驱动轮、导向轮、履带板、履带底盘和补偿机构，其中：支重轮、拖链轮、驱动轮和导向轮分别轴接，并与履带板接触；履带板、张紧机构和补偿机构设置于履带底盘上。

5.根据权利要求1所述的自行式海底管道埋设装置，其特征是，所述的本体机构包括：从上而下依次相连的搭载平台、承力框架和支撑结构。

6.根据权利要求1所述的自行式海底管道埋设装置，其特征是，所述的喷冲破土机构包括：水路旋转对接单元、水路切换单元、摆动单元和破土单元，其中：水路旋转对接单元、水路切换单元和破土单元依次相连，摆动单元与破土单元相连。

7.根据权利要求6所述的自行式海底管道埋设装置，其特征是，所述的破土单元包括：喷嘴和喷冲臂，其中：喷嘴分别设置于喷冲臂的前向、侧向和后向。

8.一种根据上述任一权利要求所述自行式海底管道埋设装置的施工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)将自行式海底管道埋设装置从母船上吊放入水，跨骑在海底管道上；

2)启动履带行走机构，调节对中机构在管道的正上方；

3)启动对中机构，将管道定位夹紧，获得管道与埋设装置的相对位置；

4)根据测量的管道水平位置，操纵履带行走机构，使喷冲臂始终跟踪管线，根据测量的管道垂向位置，调节升降组件，使对中机构始终抱紧管道；

5)启动高压造流机构和喷冲破土机构，喷冲臂通过摆动单元下放到设计沟深时，开始作业，母船在上方跟踪；

6)喷冲破土作业完成后，回收喷冲臂和对中机构，起吊自行式海底管道埋设装置，并回收至甲板。