CN105253668B - 一种用于海底铺袋装置的卷筒更换及铺袋机构 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种用于海底铺袋装置的卷筒更换及铺袋机构，卷筒更换机构采用链传动，在链子上均匀安装带孔手爪，通过卷筒固定扣卡在带孔手爪的孔中的方式夹持卷筒，液压马达作为动力源通过棘轮链轮带动链子单向间歇转动，当带孔手爪夹持的卷筒随链传动转至下方内侧时，铺袋爪夹持住卷筒主动扣组，带动卷筒固定扣缩回不再卡在带孔手爪的孔中，卷筒从带孔手爪上松开，铺袋液压马达带动铺袋爪和卷筒顺时针转动90度至卷筒座上，配合海底管道外爬式铺袋装置的爬行机构，灌浆袋卷在卷筒上，随着卷筒的滚动，即可完成铺袋动。本发明可在水下自动完成灌浆袋的铺设，并且保证装置一次下水完成多个灌浆袋的铺设。

Description

一种用于海底铺袋装置的卷筒更换及铺袋机构

技术领域

本发明涉及的是一种海洋石油工程领域的海底管道悬跨治理装置。

背景技术

在海洋油气不断被开采利用的今天，海底管道完成了油气存储、运输等功能，并且具备生产成本低、工作效率高等很多优势，是海上油气田生产系统中的一个核心部分。由于海底环境十分复杂和恶劣，相比于陆地管道，海底管道工作的风险更大、更容易失效。如果海底管道受到破坏，将会不可避免地造成惨重的经济损失，海洋环境也会受到严重污染，所以维护海底管道的安全，保证工作可靠性是保证海上油气田安全生产和保护海洋环境的重要环节。

在海洋工程中，海底管道在服役期间常由于海底冲刷等原因形成海底管道的悬跨现象，即海底管道与海床表面出现不直接接触的悬空段。海底管道的悬跨现象使得海底管道承受额外的轴向应力和疲劳载荷，极其严重地威胁了海底管道的安全运营。为此在海上油气田生产建设中，从初期设计阶段就要充分考虑海底管道悬跨现象的出现，并应尽量避免在海底管道出现悬跨现象，而在海底管道服役期间，如果出现悬跨现象，则必须及时使用有效可行的悬跨治理方法。

在海底管道悬跨治理的众多方法中，灌浆袋法是治理海底管道悬跨的一种可靠有效的方法，灌浆袋法采用聚丙烯材料按照管道的悬跨高度制成一个A型袋，由海底管道外爬式铺袋装置将其安装在悬跨管道下方，水面上的工作船通过灌浆管线将水泥浆注入A型袋中，使其扩充，从而起到支撑作用。同其他处理技术相比，灌浆袋法工艺简单，便于实施，可在管道不停产的情况下实施。

发明内容

本发明的目的在于提供可在水下自动完成灌浆袋的铺设，并且保证装置一次下水完成多个灌浆袋铺设的一种用于海底铺袋装置的卷筒更换及铺袋机构。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种用于海底铺袋装置的卷筒更换及铺袋机构，其特征是：包括支撑板A、支撑板B，支撑板A上端和下端分别安装第一链轮上安装板和第一链轮下安装板，支撑板B上端和下端分别安装第二链轮上安装板和第二链轮下安装板，第一链轮上安装板和第二链轮上安装板之间安装第一链轮轴，第一链轮下安装板和第二链轮下安装板之间安装第二链轮轴，第一链轮轴上安装卷筒更换链轮A和卷筒更换链轮C，第二链轮轴上安装卷筒更换链轮B和卷筒更换链轮D，卷筒更换链轮A和卷筒更换链轮B上缠绕第一链条，卷筒更换链轮C和卷筒更换链轮D上缠绕第二链条，第一链条和第二链条上均安装6个带孔手爪，第一链条上的一个带孔手爪分别对应于第二链条上的一个带孔手爪从而构成6组带孔手爪，每组带孔手爪上均安装一个卷筒，支撑板A侧面上分别安装棘轮马达、铺袋液压马达、棘轮链轮、卷筒座，第一链轮轴端部安装从动链轮，棘轮链轮和从动链轮上缠绕传动链条，棘轮马达连接棘轮链轮，铺袋液压马达连接抓取卷筒的铺袋爪，为卷筒提供支撑的卷筒座与铺袋爪相对设置。

本发明还可以包括：

1、所述卷筒包括卷筒轴、卷筒壳，卷筒壳安装在卷筒轴外部，卷筒轴、卷筒壳通过设置二者之间的深沟球轴承相配合，卷筒轴的两端分别固定有卷筒主动接头和卷筒被动接头；

卷筒主动接头上安装结构相同的第一主动扣机构和第二主动扣机构，第一主动扣机构包括主动扣、主动扣弹簧安装圆板、主动扣连接轴、主动扣连接铰链，主动扣弹簧安装圆板固定在卷筒主动接头的内壁上，主动扣伸入至主动扣弹簧安装圆板里，主动扣上套有主动扣弹簧，主动扣弹簧的两端分别顶在主动扣的上端部和主动扣弹簧安装圆板之间，主动扣的下端部通过主动扣连接轴与主动扣连接铰链相连，第二主动扣机构的主动扣连接铰链和第一主动扣机构的主动扣连接铰链相连；

卷筒主动接头上安装结构相同的第一固定扣机构和第二固定扣机构，第一固定扣机构包括固定扣、固定扣弹簧安装圆板、固定扣连接轴、固定扣连接铰链，固定扣弹簧安装圆板固定在卷筒主动接头的内壁上，固定扣伸入至固定扣弹簧安装圆板里，固定扣上套有固定扣弹簧，固定扣弹簧的两端分别顶在固定扣的上端部和固定扣弹簧安装圆板之间，固定扣的下端部通过固定扣连接轴与固定扣连接铰链相连，第二固定扣机构的固定扣连接铰链和第一固定扣机构的固定扣连接铰链通过销轴相连，第一固定扣机构和第二固定扣机构构成第一组固定扣；卷筒被动接头上安装与第一固定扣机构和第二固定扣机构结构和连接关系均相同的第三固定扣机构和第四固定扣机构，第三固定扣机构和第四固定扣机构构成第二组固定扣，第一组固定扣的销轴和第二组固定扣的销轴之间安装长连杆，第一主动扣机构和第二主动扣机构的连接处与第一组固定扣的销轴之间设置钢丝绳。

2、铺袋爪夹持住第一主动扣机构的主动扣和第二主动扣机构的主动扣时，两个主动扣所连接的两个主动扣连接铰链向外侧移动，带动钢丝绳向外侧移动，从而带动第一组固定扣的两个固定扣连接铰链向外侧移动，使得第一组固定扣的两个固定扣缩回，第二组固定扣在长连杆的作用下，其两个固定扣也同步缩回。

本发明的优势在于：

本发明利用卷筒自身的两组固定扣和卷筒更换链条上一组带孔手爪的配合，使卷筒固定在卷筒更换机构上，并和铺袋机构的铺袋爪进行配合，实现卷筒从卷筒更换机构上松脱和旋转的动作，区别于申请号CN103899841A中采用多对液压夹紧手爪分别夹紧卷筒的方式，避免了多对液压手爪导致油路缠绕繁复的问题，解决了卷筒更换机构夹紧手爪和铺袋机构液压马达间油路对接的问题。

本发明中加入了棘轮链轮和从动链轮，保证了卷筒更换机构的单向间歇运动，使得每个铺袋卷筒可以准确地转动到指定位置，实现和铺袋机构铺袋爪的配合，避免了卷筒更换链条的不必要的转动，提高装置作业效率。

本发明中采用胀紧套将卷筒更换链轮固定胀紧在链轮轴上，使得卷筒更换链传动机构能够更安全可靠地转动，为铺袋机构提供多个卷筒。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2a为卷筒剖视图，图2b卷筒示意图，图2c局部放大图Ⅰ，图2d局部放大图Ⅱ；

图3a为带孔手爪示意图a，图3b为带孔手爪示意图b，图3c为带孔手爪示意图c；

图4为铺袋爪夹持位置及转动方向示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～4，支撑板A 1上安装链轮上安装板5和链轮下安装板19，同时，在支撑板B 10上找准链轮上安装板5和链轮下安装板19安装位置的水平对应位置，并在支撑板B 10上再安装一组链轮上安装板5和链轮下安装板19，支撑板A 1和支撑板B 10上水平位置相对应的链轮上安装板5之间安装第一链轮轴11，为使第一链轮轴11可自由转动，第一链轮轴11两侧与链轮上安装板5分别装有滚动轴承，第一链轮轴11上采用胀紧套14连接卷筒更换链轮A 6和C 12，支撑板A 1和支撑板B 10上水平位置相对应的链轮下安装板19之间安装第二链轮轴16，第二链轮轴16两侧与链轮下安装板19分别装有滚动轴承，第二链轮轴16上采用胀紧套14连接卷筒更换链轮B 18和D 15，卷筒更换链轮A 6和B 18上缠绕第一链条7，卷筒更换链轮C 12和D 15上缠绕第二链条13，第一链条7和第二链条13上都均匀安装6个相同的带孔手爪9，第一链条7和第二链条13上水平位置相对应的两个带孔手爪9组成一组带孔手爪，一组带孔手爪夹持一个卷筒，卷筒8通过自身两端的固定扣固定在带孔手爪9上，卷筒更换机构共可携带6个卷筒，支撑板A 1左侧面上安装液压马达，右侧面相应位置安装棘轮链轮2，并在第一链轮轴11右端对应位置通过胀紧套14安装从动链轮4，棘轮链轮2和从动链轮4上缠绕传动链条3形成链传动，在液压马达的带动下进行单向间歇转动，支撑板A 1下方安装铺袋液压马达20和铺袋爪21，用于夹持卷筒转动，并在另一端安装卷筒座22，为旋转后的卷筒提供支撑。

卷筒更换机构要携带6个卷筒，卷筒结构相同，以卷筒8为例说明卷筒结构。如图2所示，卷筒8主要由卷筒主动接头23，铺袋卷筒24，卷筒轴25，卷筒被动接头26等组成。铺袋卷筒24与卷筒轴25用带密封圈深沟球轴承29连接，可自由转动，并用弹性挡圈28限制滑动。卷筒轴25右侧通过螺纹连接卷筒主动接头23，卷筒轴25左侧通过螺纹连接卷筒被动接头26。卷筒主动接头23上顶面和下底面分别有一个主动扣17，为保证主动扣17在力的作用下能进行伸缩，在卷筒主动接头23内部与主动扣17同轴心用螺钉32安装弹簧安装圆板33，在弹簧安装圆板33与主动扣17之间安装弹簧31，这两个主动扣17之间采用连接铰链35和连接轴34进行连接，形成一组主动扣；卷筒主动接头23前面和后面分别有一个固定扣30，同样为保证固定扣30在力的作用下能进行伸缩，在卷筒主动接头23内部与固定扣30同轴心用螺钉32安装弹簧安装圆板33，在弹簧安装圆板33与固定扣30之间安装弹簧31，这两个固定扣30之间采用连接铰链35和连接轴34进行连接，形成第一组固定扣；卷筒被动接头26前面和后面同样分别有一个固定扣27，同样为保证固定扣27在力的作用下能进行伸缩，在卷筒被动接头26内部与固定扣27同轴心用螺钉32安装弹簧安装圆板33，这两个固定扣27之间同样采用连接铰链35和连接轴34进行连接，形成第二组固定扣，主动扣组通过钢丝绳38固定在第一组固定扣的销轴36上，第二组固定扣通过长连杆37与第一组固定扣连接。

本用于海底管道外爬式铺袋装置的卷筒更换及铺袋机构工作过程具体如下：

卷筒8初始状态时，主动扣组17、第一组固定扣30和第二组固定扣27内的弹簧31均处于自然状态下，使主动扣组17、第一组固定扣30和第二组固定扣27均处于伸出状态，第一链条7和第二链条13上水平位置相对应的两个带孔手爪9组成一组带孔手爪，第一组固定扣30和第二组固定扣27卡在一组带孔手爪的孔中，使得卷筒8通过第一组固定扣30和第二组固定扣27两组固定扣固定在带孔手爪9内，一组带孔手爪夹持一个卷筒，以此种方式，卷筒更换机构携带6个卷筒下水；

摆角为60度的液压马达带动棘轮链轮2转动，棘轮链轮2和从动链轮4间缠绕传动链条3形成链传动，链传动在棘轮链轮2的影响下单向转动60度后间歇停止，从动链轮4通过胀紧套14固定在第一链轮轴11右端上，进而带动第一链轮轴11、第一链条7和第二链条13的转动，第一链条7和第二链条13均匀安装的6组带孔手爪夹持着6个卷筒也进行转动；

当卷筒8随链传动转至下方内侧时，铺袋爪21夹持住主动扣17，主动扣17受力缩回下移，主动扣17内的弹簧31被压缩，连接两个主动扣17的连接铰链35向右侧移动，带动与第一组固定扣30相连的钢丝绳38向右侧运动，连接两个固定扣30的连接铰链35向右侧移动，第一组固定扣30内弹簧31被压缩，使得第一组固定扣30缩回，同理，第一组固定扣30缩回通过长连杆37带动第二组固定扣27缩回，至此，两组固定扣27和30不再卡在带孔手爪9的孔中，铺袋爪21可在铺袋液压马达20的带动下将卷筒8顺时针转动90度至卷筒座22上，铺袋爪21夹持位置及转动方向如图4所示；

配合海底管道外爬式铺袋装置的爬行机构，灌浆袋卷在卷筒8上，随着海底管道外爬式铺袋装置的爬行和卷筒8的滚动，即可完成铺袋动作，待一个袋子铺设完成后，铺袋液压马达20带动铺袋爪21和卷筒8逆时针转动90度离开卷筒座22，回到卷筒更换机构下方内侧的链子带孔手爪9处；

铺袋爪21松开，主动扣17不受铺袋爪21的夹持力作用，在弹簧31的作用下呈现伸出状态，同理第一组固定扣30和第二组固定扣27也在弹簧31的作用下呈现伸出状态，卡在一组带孔手爪9的孔中，即使铺袋后的卷筒8放回到卷筒更换机构中；

卷筒更换机构第一链条7和第二链条13在液压马达和棘轮链轮2的带动下再次单向间歇转动，将下一组带孔手爪夹持的卷筒转至下方内侧，重复上述过程即完成多个灌浆袋的铺设。

此用于用于海底管道外爬式铺袋装置的卷筒更换及铺袋机构是根据我国海底油气输送管线悬跨治理的实际需要，并结合我国海洋地质与水动力条件做出的，满足如下设计要求：

1)最大作业水深60m，具有一定自动化能力，易于安装和实施；

2)能实现海底铺袋装置一次下水，铺设多个灌浆袋。

卷筒更换机构采用链传动，在链子上均匀安装带孔手爪，通过卷筒固定扣卡在带孔手爪的孔中的方式夹持卷筒，液压马达作为动力源通过棘轮链轮带动链子单向间歇转动，当带孔手爪夹持的卷筒随链传动转至下方内侧时，铺袋爪夹持住卷筒主动扣组，带动卷筒固定扣缩回不再卡在带孔手爪的孔中，卷筒从带孔手爪上松开，铺袋液压马达带动铺袋爪和卷筒顺时针转动90度至卷筒座上，配合海底管道外爬式铺袋装置的爬行机构，灌浆袋卷在卷筒上，随着卷筒的滚动，即可完成铺袋动作，待一个袋子铺设完成后，铺袋液压马达带动铺袋爪和卷筒逆时针转动90度离开卷筒座至卷筒更换机构链子带孔手爪处，铺袋爪松开，将铺袋后的卷筒放回卷筒更换机构中，卷筒更换机构链子再次单向间歇转动，将下一个带孔手爪夹持的卷筒转至下方内侧，重复上述过程即完成多个灌浆袋的铺设，增加每次下水的作业时间，提高作业效率，降低治理成本。

铺袋机构和卷筒更换机构具有高度的协调性，当卷筒更换机构将卷筒转动到位时，铺袋机构需要将卷筒从带孔手爪上面取下来，然后将卷筒旋转到指定位置，等铺袋机构完成铺袋动作之后，再将整个卷筒送到链子的带孔手爪上，将铺袋机构与卷筒脱开再将链轮旋转一定角度完成一次铺袋动作以及卷筒更换动作。

Claims (2)

1.一种用于海底铺袋装置的卷筒更换及铺袋机构，其特征是：包括支撑板A、支撑板B，支撑板A上端和下端分别安装第一链轮上安装板和第一链轮下安装板，支撑板B上端和下端分别安装第二链轮上安装板和第二链轮下安装板，第一链轮上安装板和第二链轮上安装板之间安装第一链轮轴，第一链轮下安装板和第二链轮下安装板之间安装第二链轮轴，第一链轮轴上安装卷筒更换链轮A和卷筒更换链轮C，第二链轮轴上安装卷筒更换链轮B和卷筒更换链轮D，卷筒更换链轮A和卷筒更换链轮B上缠绕第一链条，卷筒更换链轮C和卷筒更换链轮D上缠绕第二链条，第一链条和第二链条上均安装6个带孔手爪，第一链条上的一个带孔手爪分别对应于第二链条上的一个带孔手爪从而构成6组带孔手爪，每组带孔手爪上均安装一个卷筒，支撑板A侧面上分别安装棘轮马达、铺袋液压马达、棘轮链轮、卷筒座，第一链轮轴端部安装从动链轮，棘轮链轮和从动链轮上缠绕传动链条，棘轮马达连接棘轮链轮，铺袋液压马达连接抓取卷筒的铺袋爪，为卷筒提供支撑的卷筒座与铺袋爪相对设置；

所述卷筒包括卷筒轴、卷筒壳，卷筒壳安装在卷筒轴外部，卷筒轴、卷筒壳通过设置二者之间的深沟球轴承相配合，卷筒轴的两端分别固定有卷筒主动接头和卷筒被动接头；

卷筒主动接头上安装结构相同的第一主动扣机构和第二主动扣机构，第一主动扣机构包括主动扣、主动扣弹簧安装圆板、主动扣连接轴、主动扣连接铰链，主动扣弹簧安装圆板固定在卷筒主动接头的内壁上，主动扣伸入至主动扣弹簧安装圆板里，主动扣上套有主动扣弹簧，主动扣弹簧的两端分别顶在主动扣的上端部和主动扣弹簧安装圆板之间，主动扣的下端部通过主动扣连接轴与主动扣连接铰链相连，第二主动扣机构的主动扣连接铰链和第一主动扣机构的主动扣连接铰链相连；

卷筒主动接头上安装结构相同的第一固定扣机构和第二固定扣机构，第一固定扣机构包括固定扣、固定扣弹簧安装圆板、固定扣连接轴、固定扣连接铰链，固定扣弹簧安装圆板固定在卷筒主动接头的内壁上，固定扣伸入至固定扣弹簧安装圆板里，固定扣上套有固定扣弹簧，固定扣弹簧的两端分别顶在固定扣的上端部和固定扣弹簧安装圆板之间，固定扣的下端部通过固定扣连接轴与固定扣连接铰链相连，第二固定扣机构的固定扣连接铰链和第一固定扣机构的固定扣连接铰链通过销轴相连，第一固定扣机构和第二固定扣机构构成第一组固定扣；卷筒被动接头上安装与第一固定扣机构和第二固定扣机构结构和连接关系均相同的第三固定扣机构和第四固定扣机构，第三固定扣机构和第四固定扣机构构成第二组固定扣，第一组固定扣的销轴和第二组固定扣的销轴之间安装长连杆，第一主动扣机构和第二主动扣机构的连接处与第一组固定扣的销轴之间设置钢丝绳。

2.根据权利要求1所述的一种用于海底铺袋装置的卷筒更换及铺袋机构，其特征是：铺袋爪夹持住第一主动扣机构的主动扣和第二主动扣机构的主动扣时，两个主动扣所连接的两个主动扣连接铰链向外侧移动，带动钢丝绳向外侧移动，从而带动第一组固定扣的两个固定扣连接铰链向外侧移动，使得第一组固定扣的两个固定扣缩回，第二组固定扣在长连杆的作用下，其两个固定扣也同步缩回。