CN105934620A - 具有托管架操纵系统的船 - Google Patents

Abstract

一种管铺设船(1)，具有一个起重机(6)，该起重机具有一个基座(8)和一个托管架操纵系统(10)，该基座具有一个中空内部(22)，该托管架操纵系统用于操纵一个从该船的一侧延伸的托管架(2)。该托管架操纵系统(10)具有一个连杆，该连杆穿过一个开口从该中空内部朝向该船的该侧延伸出来以用于连接到该托管架(2)。该连杆(12)被布置成传输拉伸载荷和压缩载荷。一个定位在起重机基座的中空内部(22)内的千斤顶结构(24)被安装成使该连杆从起重机基座内延伸和缩回以提高和降低该托管架(2)。可以设置一个万向联接件以用于在水平平面内使该连杆(12)自身对准至该托管架(2)。

Description

具有托管架操纵系统的船

发明背景

1.技术领域

本发明涉及用于铺设管的船，且具体地，涉及用于这样的船的托管架(stinger)操纵系统。本发明还涉及这样的设备在托管架的部署中的使用。

2.背景技术

管铺设船以多种配置为众所周知。它们可以被宽泛地分成三个主要操作原理，即用于深水的J铺设船，近乎竖直的管部署，水平或低角度部署的S铺设和卷筒式铺设，在卷筒式铺设中使一个连续的管从一个卷筒解绕。当从船部署管时，管将倾向于沿着一个悬链线(catenary)或类似的曲线朝向海床行进，从而提供此曲线和船上的区域之间的过渡，通常设置从船延伸并且导引管的第一部分到它的释放点的支撑结构。这些支撑结构被称为托管架，并且对于S铺设操作，通常从船的船尾向外延伸相当多米。托管架可以由多个部段构成并且可以根据需要使其提高、降低和延伸。通常，必须能够完全移除托管架，例如在管铺设操作完成之后。

在US2012219362中示出了一种用于托管架部署的设备，该设备具有在船的船尾之上的起重台架(gantry)构造，该起重台架构造通过一个缆绳支撑托管架。缆绳的使用允许起重台架支撑托管架和管的重量，但是妨碍了托管架或管上的压缩载荷或上托力(uplift)的吸收。越来越多地，需要船执行包括重型提升操作的众多功能。为此，在船的船尾处的重型提升起重机有时是必要的。明显地，重型提升起重机不能够被定位在与用于支撑托管架的起重台架相同的空间内。在WO05123566中公开了在船的船尾处具有重型提升设施的另一种船。该起重机包括在起重机主体上的提高位置处的用于支撑和提升托管架的缆绳和绞车布置。还设想使用液压千斤顶(jack)的伸缩式吊杆布置。

虽然现有设备和系统可以适用于许多情况，但是期望提供一种被更好地集成到船结构内并且能够在不使用时被容易地移除或存放的托管架操纵系统。

发明内容

根据本发明，提供了一种设置有起重机的管铺设船，该起重机具有一个基座，该基座邻近于该船的一侧被支撑在该船的一个结构上，该基座具有一个中空内部，该船还设置有一个用于操纵一个从该船的该侧延伸的托管架的托管架操纵系统，该托管架操纵系统包括：一个连杆(link)，该连杆穿过一个开口从该中空内部朝向该船的该侧延伸出来用于连接到该托管架，该连杆被布置成传输拉伸载荷和压缩载荷；以及，一个千斤顶结构，该千斤顶结构位于起重机基座的中空内部内并且被安装成使该连杆从起重机基座内延伸和缩回以提高和降低该托管架。通过在起重机的主体内设置该千斤顶结构，可实现许多优点。首先，该千斤顶结构的所有移动的部件和机械加工的部件被封闭在起重机基座中，该起重机基座是一个防止受环境影响的封闭空间。另外，为了保护这些部件，通过提供人员准许进入起重机的中空内部来便于修理和操作。此进入对于小提升装备(诸如叉式提升车辆)也可以是足够的。另一个优点是，在整个系统的起重机基座外部的占地面积最小，仅为托管架本身和连杆。因此起重机基座周围的空间被优化用于其他操作。

该起重机可以是适用于在船的该侧之上执行操作的任何重型提升起重机。通常，S铺设管铺设将在船的船尾之上进行，并且提到船的该侧将包括船的任一侧或船舷，但最特别是船尾。优选地，该起重机是一个具有大致圆形或多边形中空基座的桶式起重机(tub crane)，主要的起重机结构被安装在该基座上用于旋转。该起重机具有的标称提升能力优选地是至少2000T且可以大于5000T。该基座的直径的尺寸可以是至少15米且可以大于20米。将理解，基座尺寸将决定可以被缩回到基座内部的连杆的最大可能长度。然而，还可能将连杆布置成一旦被完全缩回就穿过基座的一个相对侧突出出来或允许在此侧处的基座上的延伸。在一个具体实施方案中，该连杆还可以被设置有一个允许将连杆分解成两件的联结件(junction piece)。

该基座可以是完全封闭的或以其他方式不受天气影响的结构。如上文所指示的，可以给内部结构设置合适的进入门和舱口。被设置为允许连杆从内部延伸出来以用于连接到托管架的开口还可以被设置有一个用于在连杆缩回或移除之后关闭该开口的关闭件(closure)。优选地，该开口是以基座内的一个竖向的槽的形式，以允许连杆在延伸期间和缩回期间倾斜。

在一个最优选的实施方案中，在起重机基座的中空内部内，该千斤顶结构被定位成邻近于该开口。对于托管架从船的船尾延伸的常规配置，该开口将被定位成邻近于船尾且该千斤顶结构将被定位在基座的船尾侧处。优选地，该千斤顶结构被定位在水平轴线和连杆的一个自由端之间。在此配置中，该千斤顶结构在压缩下有效地操作，因为它推进以在连杆的自由端的方向上推动以提高托管架，从而仅引起连杆中的拉伸力。

最优选地，该千斤顶结构被能枢转地安装到起重机基座，以用于绕一个水平轴线旋转。为了使移动的灵活性最大化，同时使在基座中的开口的尺寸最小化，该水平轴线可以被定位成邻近于该开口。该千斤顶结构可以通过一个万向接头(universal joint)连接到枢转轴线，以在水平平面和竖向平面内使连杆自身对准至托管架拉伸框架。以此方式，当需要时，通过整个托管架操纵系统的动力学，该千斤顶结构可以旋转。可以使用多种千斤顶结构，包括齿条和小齿轮布置、棘爪和棘轮机构以及可以有效地提供连杆的受控平移移动的任何其他构造。该千斤顶结构优选地包括一个液压机，该液压机具有第一能相对移动的夹持器和第二能相对移动的夹持器，每个夹持器被布置成与连杆接合。可以通过被布置成使所述夹持器移动通过一个预定冲程的液压缸来使所述夹持器相对于彼此移动。所述夹持器可以以任何已知的方式与连杆接合。最优选地，连杆包括用于通过设置在所述夹持器上的销接合的孔。将理解，这些配置中的每个还意在包括其相应的动力学替代方案。

在本发明的一个替代实施方案中，该千斤顶结构包括一个被布置成沿着一个导轨移动的液压机，该连杆被连接到该液压机。最广义地说，术语导轨可以被认为包含允许一个千斤顶结构或类似的提升设备从远离船的该侧的位置横贯到较靠近船的该侧的位置的任何结构。这可以包含单个导轨或多种形式和尺寸的多个导轨。优选地，该导轨包括一对导轨部段，优选为箱形部段，由此该千斤顶结构被该对导轨部段导引且该连杆可以在相应的导轨部段之间枢转。在该千斤顶结构沿着所述导轨移动期间，这样的配置在在任一侧上支撑连杆方面给出了很大的稳定性，同时允许连杆在所述导轨上方和下方枢转。

根据本发明的一个重要方面，能够将该千斤顶结构机械地阻止在连杆的给定延伸处。在此上下文中，机械地阻止意在指事实：连杆上的力全部由刚性机械联接件承载且推顶(jacking)结构的任何推顶能力被忽视。以此方式，一旦达到所需要的托管架位置，推顶结构就可以被卸载且连杆的位置由这样的刚性机械联接件维持。该联接件可以是销和孔连接等。

最优选地，该连杆能缩回到中空内部的一个位置，在该位置处，该连杆不延伸超出船的该侧。该连杆的此位置避免了连杆干扰其他活动，诸如重型提升。当托管架将被移除时或被移除之后，该连杆可移动到此位置中。

虽然先前的讨论已经提到了单个连杆，但是最优选地，该托管架操纵系统包括一对连杆和一对千斤顶结构，所述千斤顶结构并行工作以提高和降低托管架。两个连杆在提高和降低托管架方面提供更好的稳定性，这是由于它们给出对侧向力的更大抵抗力。因此，减小了每个连杆和每个千斤顶结构的尺寸。

本发明还涉及具有托管架操纵系统的管铺设船与托管架的组合，其中该托管架在起重机下方的一个托管架枢轴处能枢转地连接到该船的该侧，并且在一个连杆接合点处能枢转地连接到连杆以用于提高和降低该托管架。该托管架枢轴优选地是一个平行于且在该船的该侧(具体地该船的船尾)的外侧的水平轴线。在替代方案中，该托管架枢轴可以是以一个允许附加自由度的球形联接件的形式。

优选地，该托管架包括第一细长的托管架部段，该第一细长的托管架部段具有一个刚性连接的拉伸结构，该拉伸结构从该第一细长的托管架部段背侧地延伸到该连杆接合点。该拉伸结构可以包括固定(braced)在一起的一对拉伸框架，且一个管线路径沿着该托管架穿过该拉伸框架。

最优选地，通过在该托管架枢轴处与该船断开且在该连杆接合点处与该连杆断开，该托管架在海上能移除，由此能够通过该起重机将该托管架提升到一个存储位置。

本发明还涉及一种在管铺设船上进行托管架部署的方法，该管铺设船具有一个起重机，该起重机具有一个中空基座，该方法包括：提供一个托管架操纵系统，该托管架操纵系统被至少部分地定位在该中空基座内并且具有一个从该基座且在该船的一侧之上延伸的刚性连杆；将一个托管架能枢转地连接在该船的该侧处，用于绕一个托管架枢轴枢转移动；在距该托管架枢轴一段距离处将该连杆连接到该托管架上的一个连杆接合点；以及操作该托管架操纵系统，以提升或降低该托管架。

附图说明

将参考若干个示例性实施方案的以下附图来理解本发明的特征和优点，在附图中：

图1示出了根据本发明的船的侧视图；

图2示出了图1的托管架操纵系统的部分侧视图；

图3示出了在III-III方向上取得的穿过图1的托管架操纵系统的部分的平面截面视图；

图4示出了图3的千斤顶结构的立体图；

图4a示出了沿着线Iva穿过图4的千斤顶结构的横截面；

图4b示出了形成万向接头的部分的轭(yoke)的部分的视图；

图5示出了在水平位置中的第一托管架部段；

图6示出了在使用中的第一托管架部段；

图7示出了在最大部署角下的第一托管架部段；

图8示出了在拆卸期间部分地断开的第一托管架部段；以及

图9示出了本发明的第二实施方案的立体图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的船1的侧视图，该船具有偏离船1的船尾4安装的用于执行管铺设操作的托管架2。船尾4设置有准许进入S铺设流水工作线7的门5，可以从S铺设流水工作线部署管线。托管架2包括若干个托管架部段2A、2B、2C。船1还设置有桶式起重机6，该桶式起重机安装在船尾4处的中空基座8上且在托管架2上方。托管架操纵系统10包括刚性连杆12，该刚性连杆从基座8延伸并且连接到第一托管架部段2A的背侧上的拉伸结构14。在所描绘的视图中，托管架2在提高到水平面上方的位置中并且通过连杆12保持在适当位置。第二托管架部段2B和第三托管架部段2C由起重机6支撑。

图2示出了图1的托管架2和托管架操纵系统10的部分侧视图，在该图中，起重机基座8被切掉。可以看到，在恰在工作流水线7下方的水平托管架枢轴16处，第一托管架部段2A被枢转地连接到船1的船尾4。在连杆接合点18处，连杆12被连接到拉伸结构14。连杆12穿过槽20延伸到基座8的中空内部22，并且每个通过枢转千斤顶结构24接合，该枢转千斤顶结构位于中空内部22内并且被安装在邻近于槽20的专用连接支架26上。在此位置中，连杆12的自由端13被支撑在基座8的向前端处的鞍状物15上。在本上下文中，向前被用来指船方向，即朝向船头。将理解，对于托管架操纵系统10的不同定向，移动将被相应地重定向。

图3是在图1的方向Ⅲ-Ⅲ上取得的穿过图1的托管架操纵系统10的部分的平面截面视图。可以在此视图中看到，托管架操纵系统10包括在船1的从船头到船尾(fore-aft)方向上相互平行延伸的两个连杆12。千斤顶结构24A、24B中的每个具有第一和第二能相对移动的夹持器32、34。千斤顶结构24A、24B中的每个的夹持器32、34通过液压撞锤(ram)30联接在一起，在本实施方案中，两个液压撞锤30被设置在每个千斤顶结构24A、24B的任一侧上。通过第一夹持器32在千斤顶枢轴36处的接合，每个千斤顶结构24A、24B被枢转地连接到相应的支架26。通过液压撞锤30的延伸，第二夹持器34可以沿着连杆在向前方向上移动一个冲程长度L。在所例示的实施方案中，最上面的千斤顶结构24A在延伸位置中，其中第二夹持器34与第一夹持器32间隔距离L。最下面的千斤顶结构24B在缩回位置中，其中第二夹持器34与第一夹持器32接触。还在图3中示出的是，穿过连杆12的上侧形成的孔38。孔38也相互间隔距离L。穿过连杆12的下侧设置类似的孔38。

图4示出了图3的千斤顶结构24B的立体图。可以在此视图中看到，连杆12延伸穿过千斤顶结构24B的第一夹持器32和第二夹持器34。还可看到的是将第一夹持器32和第二夹持器34连接在一起的液压撞锤30，以及千斤顶枢轴36中的一个，该千斤顶枢轴36中的一个通过轭39将第一夹持器32连接到支架26。销致动器外壳41被设置在第一夹持器32和第二夹持器34中每个上的顶部和底部。

图4a示出了沿着线IVa穿过图4的千斤顶结构24B横截面，其中销致动器外壳41被移除。在此视图中，可以看到在连杆12上方且在销致动器42下方的销40。第一夹持器32的销40被接合在连杆12的两个孔38中。每个销致动器42是由液压螺线管阀控制的液压缸。第二夹持器34的销40被缩回。还可在图4a中看到竖向枢轴37，该竖向枢轴穿过轭39并且与千斤顶枢轴36一起形成一个用于千斤顶结构24B的万向连杆。

图4b示出了轭39的立体图，指示了千斤顶枢轴36和竖向枢轴37的位置。千斤顶结构24B既在竖向平面内绕千斤顶枢轴36又在水平平面内绕竖向枢轴37枢转的能力确保第一夹持器32自身可以在水平平面内与连杆12和托管架框架14对准。

图5到图7示出了在不同的操作位置中对应于图2的托管架操纵系统10的视图。图5示出了在水平位置中部分降低的第一托管架部段2A。图6示出了在使用位置中的第一托管架部段2A，支撑管线P的部署。图7示出了在最大部署角处的第一托管架部段2A。图8示出了在拆卸期间与连杆12断开的第一托管架部段2A。

现在将参照图1到图8解释托管架操纵系统10的操作。如所描述的，图1和图2描绘了在提高位置中的托管架2，如可以是随着船1移动时的情况。托管架2的重量通过拉伸结构14、连杆12和接合到第一夹持器32的销40承载。第一夹持器32通过千斤顶枢轴36直接机械地接合到支架26。以此方式，通过一个完全机械的路径将托管架2保持在适当位置。为了降低托管架2，使用于千斤顶结构24A、24B中的每个的第二夹持器34向前移动到图3中描述的千斤顶结构24A的位置。这是通过使用销致动器42使相应的第二夹持器34的销40从孔38缩回实现的。一旦使第二夹持器34从它与孔38的接合释放，就可以通过液压撞锤30的操作使第二夹持器34沿着连杆12向前移动通过冲程长度L。此时，销40将与下一个孔38对准并且可以通过销致动器42的操作被接合。销40是弹簧致动的(未示出)，但是只要相关的致动器42被驱动到销接合位置内，销40就可以进入孔38。将理解，尽管图3示出了千斤顶结构24A中的一个被延伸而另一个千斤顶结构24B被缩回，但是此操作应同时进行。提供合适的控制以以其他方式防止操作。一旦千斤顶结构24A、24B在延伸位置中，液压撞锤30就可以被致动以经由相应的第二夹持器34获得连杆12中的拉伸，从而释放第一夹持器32的销40上的力。此时，可以使第一夹持器32的销40从它们在连杆12中的相应的孔38缩回。一旦使第一夹持器32脱离，两个千斤顶结构24A、24B的液压撞锤30可以被致动以在托管架2的重量下降低连杆12直到第二夹持器34接合抵靠第一夹持器，如通过图3中千斤顶结构24A的缩回位置所描绘的。此时，第一夹持器32的销40将与连杆12中的一个新的孔38对准并且可以通过销致动器42被接合。此顺序可以被逐步重复直到已经将托管架2降低到期望的位置。将理解，连杆12的降低导致第一托管架部段2A的降低并且将通过起重机6的对应的操作使剩下的托管架部段2B、2C降低。

使托管架2穿过图5中示出的水平位置降低到图6中示出的选定的工作位置。一旦托管架2到达图6中示出的使用位置，降低就被停止且托管架2被锁定在适当位置。正常通过销40将托管架2锁定在其工作位置或静止位置中。然而，一旦托管架2已经到达任何位置，第二夹持器34的两个销40就被插入在连杆12的孔38中，以提供附加约束。在此位置中，可以使管线P穿过船1的船尾4处的门5从工作流水线7前进并且将其部署在托管架2之上。注意到，使管线P前进通过拉伸结构14，该拉伸结构因此必须允许设置在管线P上的联结以及任何其他装置通过的足够空间。

图7示出了在最低位置处的用于深水管铺设的托管架2。连杆12完全延伸穿过它们相应的千斤顶结构24。

可以通过使上文所描述的推顶顺序颠倒来进行托管架2的提升。这可以通过或可以不通过起重机6协助为移除托管架2做好准备。图8示出了通过起重机6完全提升和支撑的第一托管架部段2A。连杆12已经从连杆接合点18断开并且完全缩回起重机基座8内部，在起重机基座内部，自由端13由鞍状物15支撑。托管架枢轴16然后可以被断开并且第一托管架部段2A可以被提升离开以用于储存，即在船的甲板上。

图9示出了根据本发明的一个替代实施方案的船101的透视剖视图，在该实施方案中，与第一实施方案相同的元件通过在相同的参考前加100指示。图9的托管架操纵系统110不同于第一实施方案，这是由于千斤顶结构124可沿着位于起重机基座108内的导轨117移动。每个千斤顶结构124包括第一夹持器132和第二夹持器134，所述夹持器与设置在导轨117中的孔138接合。接合是通过以与第一实施方案中相同的方式利用销和销致动器(未示出)。连杆12被枢转地连接到每个第一夹持器132，并且穿过槽120从起重机基座108向外延伸，以与第一托管架部段102A的拉伸结构114上的连杆接合点118接合。在操作中，图9的实施方案以与图1到图8的方式大体上相同的方式操作。可以使千斤顶结构124沿着导轨117从船头到船尾移动以提升和降低托管架102。

因此，本发明已经通过参考上文所讨论的某些实施方案描述了本发明。将认识到的是，这些实施方案易受本领域技术人员公知的多种改型和替代形式的影响。除了上文所描述的那些之外，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以对本文中所描述的结构和技术进行许多改型。因此，尽管已经描述的具体的实施方案，但是这些实施方案仅是实施例而并非限制本发明的范围。

Claims (19)

1.一种设置有起重机的管铺设船，该起重机具有一个基座，该基座邻近于该船的一侧被支撑在该船的一个结构上，该基座具有一个中空内部，该船还设置有一个用于操纵从该船的该侧延伸的托管架的托管架操纵系统，该托管架操纵系统包括：

一个连杆，该连杆穿过一个开口从该中空内部朝向该船的该侧延伸出来以用于连接至该托管架，该连杆被布置成传输拉伸载荷和压缩载荷；

一个千斤顶结构，该千斤顶结构位于起重机基座的中空内部内，并且被安装成使该连杆从起重机基座内延伸和缩回，以提高和降低该托管架。

2.根据权利要求1所述的船，其中该起重机是一个具有大致圆形或多边形基座的桶式起重机。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的船，其中该开口是该基座中的一个竖向的槽，以允许该连杆在延伸期间和缩回期间倾斜。

4.根据任一项前述权利要求所述的船，其中该千斤顶结构被定位成邻近于该开口。

5.根据任一项前述权利要求所述的船，其中该千斤顶结构能枢转地安装到该船，用于绕一个水平轴线旋转。

6.根据权利要求5所述的船，其中该千斤顶结构包括一个液压机，该液压机具有第一能相对移动的夹持器和第二能相对移动的夹持器，每个夹持器被布置成与该连杆接合。

7.根据权利要求6所述的船，其中该连杆包括用于通过设置在所述夹持器上的销接合的孔。

8.根据权利要求5到7中的任一项所述的船，其中该千斤顶结构被定位在该水平轴线和该连杆的一个自由端之间。

9.根据权利要求1到4中的任一项所述的船，其中该千斤顶结构包括一个被布置成沿着一个导轨移动的液压机，该连杆被连接到该液压机。

10.根据任一项前述权利要求所述的船，其中能够将该千斤顶结构机械地阻止在该连杆的给定延伸处。

11.根据任一项前述权利要求所述的船，其中该连杆能缩回到该中空内部的一个位置，在该位置处该连杆不延伸超出该船的该侧。

12.根据任一项前述权利要求所述的船，其中该托管架操纵系统包括一对连杆和一对千斤顶结构，所述千斤顶结构并行地工作以提升和降低该托管架。

13.根据任一项前述权利要求所述的船，其中通过一个万向接头将该千斤顶结构安装到该船，以允许该连杆在该水平平面内自身对准到托管架拉伸框架。

14.根据任一项前述权利要求所述的船，还包括一个托管架，该托管架在该起重机下方的一个托管架枢轴处能枢转地连接到该船的该侧，并且在一个连杆接合点处能枢转地连接到该连杆，以用于提高和降低托管架。

15.根据权利要求14所述的船，其中该托管架包括第一细长的托管架部段，该第一细长的托管架部段具有一个刚性连接的拉伸结构，该拉伸结构从该第一细长的托管架部段背侧地延伸到该连杆接合点。

16.根据权利要求15所述的船，其中该拉伸结构包括固定在一起的一对拉伸框架，且一个管线路径沿着该托管架穿过该拉伸框架。

17.根据权利要求14到16中的任一项所述的船，其中通过在该托管架枢轴处与该船断开且在该连杆接合点处与该连杆断开，该托管架在海上是能移除的，由此能够通过该起重机将该托管架提升到一个存储位置。

18.一种在管铺设船上进行托管架部署的方法，该管铺设船具有一个起重机，该起重机具有一个中空基座，该方法包括：

提供一个托管架操纵系统，该托管架操纵系统被至少部分地定位在该中空基座内并且具有一个从该基座且在该船的一侧之上延伸的刚性连杆；

将一个托管架能枢转地连接在该船的该侧处，用于绕一个托管架枢轴枢转移动；

在距该托管架枢轴一段距离处将该连杆连接到该托管架上的一个连杆接合点；以及

操作该托管架操纵系统，以提升或降低该托管架。

19.根据权利要求18所述的方法，其中该船是根据权利要求1到17中的任一项所述的船。