CN105369810B - 一种用于处理海底管道悬跨的灌浆袋装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于处理海底管道悬跨的灌浆袋装置，是一种可以在海下自动完成灌浆袋铺设的悬跨处理装置，属于海洋石油工程领域，主要包括框架，灌浆滑车，推进机构，支撑锁紧机构，本发明每次下水携带多个滑车，支撑锁紧机构由液压缸作为动力源控制着灌浆滑车的支撑和下滑，方便滑车的推出；推进机构用于将滑车和所载的灌浆袋推动到悬跨管道的正下端，每个推进机构的传动带上安装有两个推进爪，交替完成滑车的推进工作，使往复回转的时间减少，提高它的工作效率，降低治理成本。

Description

一种用于处理海底管道悬跨的灌浆袋装置

技术领域

本发明涉及一种灌浆袋装置，尤其涉及一种用于处理海底管道悬跨的灌浆袋装置，属于海洋石油工程领域。

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，由海底管道灌浆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

本发明的目的是为了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而提供一种用于处理海底管道悬跨的灌浆袋装置。

本发明的目的是这样实现的：底板上安装有方形框架，方形框架的上端的四个角上均设置有吊耳，方形框架的四个侧面分别安装有前挡板、两个侧面挡板和后挡板，所述底板上由下至上依次设置有至少三个滑车，且滑车均位于所述方形框架内并由侧端定位板进行限位，每个所述滑车的两个侧设置有方形槽，与所述底板上还设置有两套推进机构和两套支撑锁紧机构，且两套推进机构和两套支撑锁紧机构均对称设置方向框架的两端，每套所述推进机构均包括安装在侧面挡板上的马达固定板，马达固定板上安装有液压马达，液压马达的输出端 安装有腹板带轮，所述底板上安装有带轮固定轴，带轮固定轴上安装有与腹板带轮配合的从动带轮，且腹板带轮与从动带轮之间安装有同步齿形带，所述同步齿形带的两侧分别安装有推动滑车移动的推进爪，每套所述支撑锁紧机构包括安装在底板上的液压缸固定板，液压缸固定板上安装有液压缸，液压缸的活塞杆的端部设置有第一直角三角柱体，且第一直角三角柱体的斜面上设置有上方形凸起，所述底板上还安装有支撑架，支撑架的上端与侧面挡板固连，所述支撑架的上部设置有可移动的弹簧支撑杆，弹簧支撑杆的端部设置有锁紧滑块，且所述锁紧滑块位于侧面挡板上设置的上端方形孔内，所述弹簧支撑杆上还安装有弹簧，所述弹簧的一端与支撑架连接、另一端与弹簧支撑杆上的轴肩连接，所述支撑杆上还卡合设置有支撑锁紧转动件，且所述支撑锁紧转动件通过转动轴铰接安装在支撑架之间，所述支撑锁紧转动件的端部设置有支撑滑块，支撑滑块的端部固连有第二直角三角柱体，第二直角三角柱体的斜面上设置有与方形凸起配合的方形凹槽，所述支撑滑块位于侧面挡板上设置的下端方形孔内。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.方形框架由两根前竖立槽钢、两根后竖立槽钢、两根后横立槽钢、两根侧横立槽钢拼接而成，在前竖立槽钢与后竖立槽钢之间还设置有两根侧横立中部槽钢，且两根侧横立中部槽钢均位于对应的侧横立上槽钢下方。

2.每个滑车下端设置有滑车方钢。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明包括框架，灌浆滑车，滑车推进机构和支撑锁紧机构，本发明将设计一种用于海底管道灌浆袋装置的推进及支撑锁紧机构，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，能有效减少海上施工时间。本发明可以利用水下机器人来代替人工操作，扩大了灌浆袋法的使用范围，能适用于深度较大的水下工作。本发明每个推进机构的传动带上安装有两个推进爪，交替将灌浆滑车推送到悬跨管道的下方，减少了往复回转的时间，提高了工作效率，降低治理成本。本发明的支撑锁紧机构采用弹簧来对灌浆滑车进行锁紧，能够节省能源。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的推进机构示意图；

图3是本发明的推进机构中的带轮固定轴部分的具体结构示意图；

图4是本发明的支撑锁紧机构的结构示意图；

图5是图4去除支撑架后的结构示意图；

图6是本发明的方形框架的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图6，本发明由滑车方钢1、滑车2、前挡板3、侧端定位板4、后挡板5、框架6、侧挡板7、支撑锁紧机构8、推进机构9等零部件组成。其中，推进机构9由推进爪10、开槽沉头螺钉11、轴端挡板12、开槽圆柱头螺钉13、平键14、带轮挡圈15、腹板带轮16、同步齿形带17、螺栓18、马达固定板19、液压马达20、带轮固定轴21、轴内挡盖22、双头螺柱23、唇形密封圈24、双头螺柱25、轴承端盖26、深沟球轴承27、推力球轴承28等零部件组成。支撑机构8由支撑滑块29、转动轴30、支撑锁紧转动块31、锁紧滑块32、支撑架33、弹簧支撑杆34、弹簧35、液压缸36、第一直角三角柱体37、液压缸固定板38等零部件组成。框架6由后横立槽钢39、吊耳40、侧横立上槽钢41、后竖立槽钢42、侧横立中部槽钢43、底板44、转向轮45、前竖立槽钢46、第二直角三角柱体49和从动齿轮50等零部件组成。

具体的说是：底板上安装有方形框架，方形框架的上端的四个角上均设置有吊耳，方形框架的四个侧面分别安装有前挡板、两个侧面挡板和后挡板，所述底板上由下至上依次设置有至少三个滑车，且滑车均位于所述方形框架内并由侧端定位板4进行限位，每个所述滑车的两个侧设置有方形槽，所述底板上还设置有两套推进机构和两套支撑锁紧机构，且两套推进机构和两套支撑锁紧机构均对称设置方向框架的两端，每套所述推进机构均包括安装在侧面挡板上的马达固定板，马达固定板上安装有液压马达，液压马达的输出端安装有腹板带轮，所述底板上安装有带轮固定轴，带轮固定轴上安装有与腹板带轮配合的从动带轮50，且腹板带轮与从动带轮之间安装有同步齿形带，所述同步齿形带的两侧分别安装有推动滑车移动的推进爪，推进爪的端部穿过相应的侧面挡板后与最底部的滑车接触，并可带动滑车运动，每套所述支撑锁紧机构包括安装在底板上的液压缸固定板，液压缸固定板上安装有液压缸，液压缸的活塞杆的端部设置有第一直角三角柱体37，且第一直角三角柱体的斜面上设置有上方形凸起，所述底板上还安装有支撑架，支撑架的上端与侧面挡板固连，所述支撑架的上部设置有可移动的弹簧支撑杆，具体的说是：所述支撑架上设置有弹簧支撑杆安装孔，所述弹簧支撑杆插入至安装孔中，并可以进行直线移动，弹簧支撑杆的端部设置有锁紧滑块，且所述锁紧滑块位于侧面挡板上设置的上端方形孔内，所述弹簧支撑杆上还安装有弹簧，所述弹簧的一端与支撑架连接、另一端与弹簧支撑杆上的轴肩连接，所述支撑杆上还卡合设置有支撑锁紧转动件，且所述支撑锁紧转动件通过转动轴铰接安装在支撑架之间，所述支撑锁紧转动件的端部设置有支撑滑块，支撑滑块的端部固连有第二直角三角柱体，第二直角三角柱体的斜面上设置有与方形凸起配合的方形凹槽，所述支撑滑块位于侧面挡板上设置的下端方形孔 内，所述支撑滑块的初始状态是与由下开始的第二个滑车的底部接触，起到支撑的作用，工作状态是退回至侧面挡板的下端方形孔内；所述锁紧滑块的初始状态是伸入至第三个滑车的方形槽内，实现锁紧，工作状态是退回至侧面挡板上的上端方形孔中，实现第三个滑车下落至支撑滑块上，在支撑滑块与滑车接触时，锁紧滑块是位于侧面挡板的上端方形孔内的，当支撑滑块位于侧面挡板的下端方形孔内时，锁紧滑块是位于滑车的方形槽内，交替工作。

本发明属于海洋石油工程领域。海底管道灌浆袋装置是一种可以在海下自动完成灌浆袋铺设的悬跨处理装置。对于海底管道悬跨长度较长的情况，装置每次下水工作的铺袋长度就要加长，为避免下水次数过多，提升铺袋效率，设计了灌浆袋装置，使装置一次下水，完成多个灌浆袋的铺设。

本发明主要由框架，灌浆滑车，推进机构，支撑锁紧机构等组成。本发明每次下水携带多个滑车，支撑锁紧机构由液压缸作为动力源控制着灌浆滑车的支撑和下滑，方便滑车的推出；推进机构用于将滑车和所载的灌浆袋推动到悬跨管道的正下端，每个推进机构的传动带上安装有两个推进爪，交替完成滑车的推进工作，使往复回转的时间减少，提高它的工作效率，降低治理成本。

工作原理：

本用于海底管道悬跨处理灌浆袋装置工作过程具体如下：本装置各有两个推进机构9和支撑锁紧机构8，它们关于整个装置的中心平面呈对称布置。装置可一次性堆放7个滑车2(本发明是以7个滑车为例，具体数量可按照需求进行设置)。所有滑车2是重叠放置在装置中的，最底层的滑车放置底板44上，其余6个滑车再依次重叠向上放置，各滑车底部都均匀分布焊接有4个滑车方钢1。滑车方钢1用于避免滑车之间相互重叠太紧难以分开。在在灌浆袋折叠放在滑车2上，驱动液压马达20带动腹板带轮16和同步齿形带17旋转，进而带动同步齿形带17上的推进爪10移动，推进爪10的直角面与底板44上装有灌浆袋的滑车2紧密接触，推动滑车2向管道方向运动，最终移动到管道的正下端。通过支撑锁紧机构8更换下一个滑车。首先收缩液压缸36的活塞杆，带动支撑滑块29向外运动，此时支撑锁紧转动块31在弹簧35的作用下挤压锁紧滑块32，将第二层的滑车夹紧。当支撑滑块29运动到外侧的极限位置时，最下层的滑车失去支撑，自动落到底板44上，随后驱动液压缸36活塞杆伸出，通过第一直角三角柱体推动支撑滑块29向内侧运动，同时支撑滑块29上的限位块(即支撑滑块29右侧高出来的地方)推动锁紧转动块逆时针转动，进而压缩弹簧35，使得锁紧滑块32对原来第二层滑车的锁紧松开，在重力作用下落到伸出的支撑滑块29上。转向轮45是用于装置在地面搬运。

此用于海底管道悬跨处理灌浆袋装置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100m，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。

框架6的横立槽钢39、吊耳40、侧横立上槽钢41、后竖立槽钢42、侧横立中部槽钢43、底板44、转向轮45、前竖立槽钢46及底板44之间用电弧焊焊接。前挡板3、侧端定位板4、后挡板5、侧挡板7用螺钉固定在框架6上。灌浆袋折叠放在滑车2上，滑车2与滑车方钢1也是电弧焊焊接。液压马达20用螺栓18固定在马达固定板19上，马达固定板19用双头螺柱固定在侧挡板7上，腹板带轮16用平键14固定在马达轴上，轴端挡板12和马达轴用开槽圆柱头螺钉13连接，用轴肩和轴端挡板防止带轮的轴向运动。同步齿形带17用带轮挡圈15固定，带轮挡圈15与腹板带轮16用开槽沉头螺钉11连接。另一腹板带轮固定轴21固定在底板44上，带轮固定轴21与底板44用深沟球轴承27和推力球轴承28连接，使带轮固定轴21可以在底板44上转动，也固定了带轮固定轴21的周向移动，带轮固定轴上安装有从动带轮50，用双头螺柱25连接轴承端盖26和底板44，防止带轮固定轴21的轴向移动，轴承和轴承端盖26使用唇形密封圈24进行密封，轴内挡板22和轴承端盖26用双头螺柱23连接。推进爪10用平键固定在同步齿形带17上，推进爪10推动滑车2到悬空管道正下方。支撑锁紧机构8的支撑架33用双头螺柱固定在侧板7和底板44上，液压缸36用双头螺柱固定在液压缸支撑板38上，液压缸支撑板38用双头螺柱固定在底板44上，支撑锁紧转动块31用转动轴30和支撑架33连接，锁紧滑块32和支撑滑块33靠侧板7上的孔固定，弹簧35用弹簧支撑杆34固定在支撑架33上。转向轮45用双头螺柱固定在底板44上。

本发明的现场施工操作过程是：

铺袋装置水下定位：首先通过水下机器人测量出悬跨出现的位置、长度和高度等信息，然后派遣作业母船通过船上的绞车将铺袋装置放入水中，并在水下机器人的辅助下将铺设装置放在需要治理管道段的指定位置。

1.推进机构推进滑车：灌浆袋折叠放在滑车2上，驱动液压马达20带动腹板带轮16和同步齿形带17旋转，进而带动同步齿形带17上的推进爪10移动，推进爪10的直角面与底板44上装有灌浆袋的滑车2紧密接触，推动滑车2向管道方向运动，最终移动到管道的正下端。

2.支撑机构更换滑车：通过支撑锁紧机构8更换下一个滑车2。活塞杆与支撑滑块29之间的连接形式是：支撑滑块29右端的长方体块上沿对角线切掉并在中间开一个长方体的槽，且在活塞杆的前端是也是一个沿对角线去掉一半的长方体也即第一直角三角柱体37，并在对角线上伸出一个与支撑滑块29上的第二直角三角柱体49上的方形凹槽相契合的方形凸起，二者就靠活塞杆上的三角形柱体37上的方形凸起插入至对应的方形凹槽来连接，如图5所示。 首先收缩液压缸的活塞杆，带动支撑滑块29向外运动，此时支撑锁紧转动块31在弹簧35作用下挤压锁紧滑块32，将第二层的滑车夹紧，即锁紧滑块32通过侧挡板7上的孔插入到滑车2侧面的孔内，达到锁紧的目的。当支撑滑块29运动到外侧的极限位置时，最下层的滑车失去支撑，自动落到底板44上，随后驱动液压缸36活塞杆伸出，推动支撑滑块29向内侧运动，同时支撑滑块29上的限位块(即支撑滑块29右侧高出来的地方)推动锁紧转动块31逆时针转动，进而压缩弹簧35，使得锁紧滑块32对原来第二层滑车的锁紧松开，在重力作用下落到伸出的支撑滑块29上。

3.灌浆袋平铺展开：通过母船上的灌浆泵为滑车上的灌浆袋注入水泥浆，折叠的灌浆袋在水泥填充过程中平铺展开，通过水下机器人实时监测灌浆过程，灌浆结束后，关闭灌浆泵，并通过水下机器人将相应的灌浆软管断开。

Claims (3)

1.一种用于处理海底管道悬跨的灌浆袋装置，其特征是：底板上安装有方形框架，方形框架的上端的四个角上均设置有吊耳，方形框架的四个侧面分别安装有前挡板、两个侧面挡板和后挡板，所述底板上由下至上依次设置有至少三个滑车，且滑车均位于所述方形框架内并由侧端定位板进行限位，每个所述滑车的两侧设置有方形槽，所述底板上还设置有两套推进机构和两套支撑锁紧机构，且两套推进机构和两套支撑锁紧机构均对称设置在方形框架的两端，每套所述推进机构均包括安装在侧面挡板上的马达固定板，马达固定板上安装有液压马达，液压马达的输出端安装有腹板带轮，所述底板上安装有带轮固定轴，带轮固定轴上安装有与腹板带轮配合的从动带轮，且腹板带轮与从动带轮之间安装有同步齿形带，所述同步齿形带的两侧分别安装有推动滑车移动的推进爪，每套所述支撑锁紧机构包括安装在底板上的液压缸固定板，液压缸固定板上安装有液压缸，液压缸的活塞杆的端部设置有第一直角三角柱体，且第一直角三角柱体的斜面上设置有方形凸起，所述底板上还安装有支撑架，支撑架的上端与侧面挡板固连，所述支撑架的上部设置有可移动的弹簧支撑杆，弹簧支撑杆的端部设置有锁紧滑块，且所述锁紧滑块位于侧面挡板上设置的上端方形孔内，所述弹簧支撑杆上还安装有弹簧，所述弹簧的一端与支撑架连接、另一端与弹簧支撑杆上的轴肩连接，所述弹簧支撑杆上还卡合设置有支撑锁紧转动件，且所述支撑锁紧转动件通过转动轴铰接安装在支撑架之间，所述支撑锁紧转动件的端部设置有支撑滑块，支撑滑块的端部固连有第二直角三角柱体，第二直角三角柱体的斜面上设置有与第一直角三角柱体斜面上的方形凸起配合的方形凹槽，所述支撑滑块位于侧面挡板上设置的下端方形孔内。

2.根据权利要求1所述的一种用于处理海底管道悬跨的灌浆袋装置，其特征是：方形框架由两根前竖立槽钢、两根后竖立槽钢、两根后横立槽钢、两根侧横立上部槽钢拼接而成，在前竖立槽钢与后竖立槽钢之间还设置有两根侧横立中部槽钢，且两根侧横立中部槽钢均位于对应的侧横立上部槽钢下方。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于处理海底管道悬跨的灌浆袋装置，其特征是：每个滑车下端设置有滑车方钢。