CN106314701A - 用于水下旋转工艺的水下旋转控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水下旋转工艺的水下旋转控制装置，包括：固定于半潜驳上的座箱，包括竖直布置并且可绕自身轴线旋转的旋转主轴；连接于旋转主轴周向的多个支爪，每个支爪包括与旋转主轴相交的横向臂以及设置于横向臂末端的可伸缩的纵向液压杆，纵向液压杆连接有液压控制装置；用于与待旋转底层连接的连接帽，连接帽设置于纵向液压杆的顶端；用于驱动旋转主轴旋转的驱动装置，驱动装置连接有驱动控制装置。本发明提供的水下旋转控制装置可以使待旋转底层完成在水下任意角度的旋转，控制过程简单，适用性高，且连接帽与纵向液压杆的设计保证了旋转过程的安全性。

Description

用于水下旋转工艺的水下旋转控制装置

技术领域

本发明涉及海洋工程装备技术领域，尤其涉及一种用于水下旋转工艺的水下旋转控制装置。

背景技术

圆筒型深海钻井储油平台，典型是由南通中远船务有限公司生产的SEVAN Driler平台，它采用“分层制造，逐层叠加”的方法进行制造。这种类型钻井平台在制造底层时，先预制各分段，再将各分段吊运到半潜驳上，然后将分段焊接成一个整体，这样就完成了钻井平台的底层制造。

半潜驳甲板是长方形结构，甲板上规律地布置着若干个圆柱体支撑，圆柱体支撑上便是圆筒型深海钻井平台的底层，圆筒型深海钻井储油平台的底层是由若干个分段焊接组成的。在底层制造过程中，由于半潜驳甲板宽度小于所造底层的直径，整个底层的制造不能一次完成。因此，需要采用水下旋转工艺，即先沿甲板长度方向建造完各分段模块，然后驳船下沉，底层与甲板分离，再将底层旋转一定角度使还未建造部分位于驳船甲板方向，最终完成整个底层的建造。

目前，采用的水下旋转角度控制装置(见发明专利“浮式钻井储油平台总段下水及旋转合拢对接方法”，申请号200910028988.1)，在分段内圈舱壁处安装规格为直径450mm、高度5.5米的圆管，两边各8根，共16根。这些装置用来防止总段受水流影响而漂浮和旋转后中心偏差过大；总段内底板中心线位置处安装有两根工型钢，并焊接斜支撑加以固定，其规格为300×15+200×20，高5.5米；在半潜驳中心线位置安装有两根T型钢，焊接斜撑加以固定，其规格为T300×15+200×20，高5.5米。这些装置用来限制旋转超差和中心线对位，也就是控制旋转角度为90度；再利用半潜驳四角塔上的绞车及缆绳来实现总段的90度旋转，其中绞车用于总段旋转时提供驱动力。这种装置存在如下问题：水下旋转角度只能控制为90度，对于需要其他水下旋转角度的底层分段划分，该装置不能适用；由于采用焊接固定，其装置在操作过程中的碰撞会对底层和半潜驳造成损伤；装置自动化程度低，操作不便。

另一种水下旋转角度控制装置(见发明专利“用于水下旋转工艺的水下旋转角度控制装置”，申请号201210131119.3)，其利用放置在固定的圆弧形底座上的液压支撑来实现半潜驳与待旋转分段的连接，通过弧形液压导轨驱动电机驱动液压支撑，最终实现待旋转底层的水下旋转。这种装置存在如下问题：需要预先铺设弧形液压导轨，成本较高；装置用到的电机驱动设备太多，对于放置于水下的装置而言密封要求较高；对于不同尺寸的待旋转底层，固定形状的弧形液压导轨适用性差。

因此，如何提高水下旋转控制装置的适用性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于水下旋转工艺的水下旋转控制装置，该装置可使待旋转底层完成在水下任意角度的旋转，控制过程简单，适用性高。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种用于水下旋转工艺的水下旋转控制装置，包括：

固定于半潜驳上的座箱，包括竖直布置并且可绕自身轴线旋转的旋转主轴；

连接于所述旋转主轴周向的多个支爪，每个所述支爪包括与所述旋转主轴相交的横向臂以及设置于所述横向臂末端的可伸缩的纵向液压杆，所述纵向液压杆连接有液压控制装置；

用于与待旋转底层连接的连接帽，所述连接帽设置于所述纵向液压杆的顶端；

用于驱动所述旋转主轴旋转的驱动装置，所述驱动装置连接有驱动控制装置。

优选地，在上述水下旋转控制装置中，还包括计算机，所述液压控制装置和所述驱动控制装置均连接于所述计算机。

优选地，在上述水下旋转控制装置中，所述驱动装置为电动机，所述驱动控制装置为电机控制装置，所述座箱设有输入轴以及连接于所述输入轴和所述旋转主轴之间的减速传动装置，所述电动机连接于所述输入轴。

优选地，在上述水下旋转控制装置中，所述连接帽包括固定部分、中间部分和连接部分，所述固定部分包括用于与所述待旋转底层固定连接的固定板以及固定连接于所述固定板下方的水平布置的第一转轴，所述中间部分通过所述第一转轴旋转连接于所述固定部分，所述中间部分固定连接有位于所述第一转轴下方的水平布置的第二转轴，所述第二转轴的轴线与所述第一转轴的轴线异面垂直，所述连接部分通过所述第二转轴旋转连接于所述中间部分，所述连接部分的下端连接于所述纵向液压杆。

优选地，在上述水下旋转控制装置中，所述固定板通过螺栓与所述待旋转底层固定连接。

优选地，在上述水下旋转控制装置中，所述横向臂水平布置，所述纵向液压杆竖直布置。

优选地，在上述水下旋转控制装置中，所述横向臂为长度可调节的伸缩杆。

优选地，在上述水下旋转控制装置中，所述横向臂包括多段可拆卸连接的直杆。

优选地，在上述水下旋转控制装置中，所述旋转主轴的周向均匀布置有四个所述支爪。

本发明提供的用于水下旋转工艺的水下旋转控制装置，包括：固定于半潜驳上的座箱，包括竖直布置并且可绕自身轴线旋转的旋转主轴；连接于旋转主轴周向的多个支爪，每个支爪包括与旋转主轴相交的横向臂以及设置于横向臂末端的可伸缩的纵向液压杆，纵向液压杆连接有液压控制装置；用于与待旋转底层连接的连接帽，连接帽设置于纵向液压杆的顶端；用于驱动旋转主轴旋转的驱动装置，驱动装置连接有驱动控制装置。

使用前，将座箱安装固定在半潜驳上并位于待旋转底层的中心位置下方，将连接帽固定于待旋转底层。在半潜驳逐渐下降过程中，待旋转底层便逐渐脱离半潜驳上的支撑圆柱体，与待旋转底层相连的连接帽也随之移动，此时，液压控制装置控制多个纵向液压杆的升降与连接帽的上下移动同步；当整个待旋转底层与支撑圆柱体脱离并稳定之后，驱动控制装置启动驱动装置，从而通过旋转主轴带动待旋转底层一同转动；当待旋转底层到达目标位置时，停止驱动装置，旋转结束后，逐渐上升半潜驳，此时，通过液压控制装置控制多个纵向液压杆的升降与连接帽的上下移动同步，保证稳固连接，直至待旋转底层稳定地支撑于半潜驳的支撑圆柱体上，至此，便完成了一次旋转工作。

可见，本发明提供的水下旋转控制装置可以使待旋转底层完成在水下任意角度的旋转，控制过程简单，适用性高，且连接帽与纵向液压杆的设计保证了旋转过程的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例中的水下旋转控制装置的结构示意图；

图2为本发明具体实施例中的连接帽的结构示意图。

图1和图2中：

1-座箱、2-减速传动装置、3-输入轴、4-电动机、5-支爪、6-横向臂、7-纵向液压杆、8-连接帽、9-旋转主轴、10-液压控制装置、11-计算机、12-电机控制装置、13-固定部分、14-中间部分、15-连接部分、16-第一转轴、17-第二转轴。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种用于水下旋转工艺的水下旋转控制装置，该装置可使待旋转底层完成在水下任意角度的旋转，控制过程简单，适用性高。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1和图2，图1为本发明具体实施例中的水下旋转控制装置的结构示意图，图2为本发明具体实施例中的连接帽的结构示意图。

在一种具体实施例方案中，本发明提供了一种用于水下旋转工艺的水下旋转控制装置，该装置包括：

固定于半潜驳上的座箱1，包括竖直布置并且可绕自身轴线旋转的旋转主轴9；

连接于旋转主轴9周向的多个支爪5，每个支爪5包括与旋转主轴9相交的横向臂6以及设置于横向臂6末端的可伸缩的纵向液压杆7，纵向液压杆7连接有液压控制装置10；

用于与待旋转底层连接的连接帽8，连接帽8设置于纵向液压杆7的顶端；

用于驱动旋转主轴9旋转的驱动装置，驱动装置连接有驱动控制装置。

其中，座箱1是整个水下旋转控制装置的中心，在使用时可通过螺栓等连接件连接固定在半潜驳上，位于待旋转底层的中心位置下方。旋转主轴9作为整个水下旋转控制装置的中心旋转部件，其可支撑设置于座箱1的中心。

液压控制装置10用于控制各个纵向液压杆7的升降动作，驱动控制装置用于控制驱动装置的启停以及正转和反转动作。为了进一步提高装置整体的自动化程度，优选地，本方案提供的水下旋转控制装置还包括计算机11，液压控制装置10和驱动控制装置均连接于计算机11，如图1所示。

驱动装置用于驱动旋转主轴9进行旋转，其可采用电动机或液压驱动装置等等，优选地，本方案驱动装置为电动机4，驱动装置为电机控制装置12，座箱1设有输入轴3和减速传动装置2。电动机4与座箱1的输入轴3相连，具体可通过联轴器等连接于输入轴3，为整个旋转装置提供动力。减速传动装置2连接于输入轴3和旋转主轴9之间，其作用是增大输出力矩，降低输出转速。电动机4的启动及其他功能控制由电机控制装置12控制，电机控制装置12与液压控制装置10一并连入计算机11，工作人员只需操作计算机11便可完成对多个支爪5上纵向液压杆7以及电动机4的控制，从而控制整个水下旋转控制装置的工作，完成旋转。

需要说明的是，连接帽8作为直接与待旋转底层相连的部件，支爪5的纵向液压杆7通过连接帽8实现对待旋转底层的支撑以及带动待旋转底层进行旋转操作。具体的，连接帽8包括固定部分13、中间部分14和连接部分15。其中，固定部分13包括用于与待旋转底层固定连接的固定板以及固定连接于固定板下方的水平布置的第一转轴16。在安装时，固定板优选通过螺栓与待旋转底层固定连接，当然，本领域技术人员也可以选用其他连接件或固定连接方式。中间部分14通过第一转轴16旋转连接于固定部分13，即中间部分14可绕第一转轴16转动。中间部分14固定连接有位于第一转轴16下方的且水平布置的第二转轴17，第二转轴17的轴线与第一转轴16的轴线异面垂直，连接部分15通过第二转轴17旋转连接于中间部分14，即连接部分15可绕第二转轴17转动。连接部分15的下端则连接于纵向液压杆7。本方案将连接帽8的固定部分13、中间部分14以及连接部分15之间设计为相互可转动连接，其目的是为了实现整个旋转装置与待旋转底层的连接为非刚性连接，并能允许待旋转底层一定角度的倾斜。这样，当待旋转底层由于重心与形心有所偏差或由于水流波动而在水中出现倾斜时，连接帽8的连接部分15仍然能保持竖直方向的支撑，与连接部分15连接的纵向液压杆7则无需承担待旋转底层倾斜带来的扭力，因此，进一步提高了使用安全性。

图2示出了一种连接帽8的优选实施例结构，其中，固定部分13包括水平布置的固定板以及连接于固定板下方两侧的竖直布置的侧板，固定板和侧板优选为钢板，上方的固定板通过螺栓和待旋转底层固定，相对布置的两侧板之间设有水平布置的第一转轴16；中间部分14为四面合围的钢板组成的筒状结构，其中一对钢板开孔并与固定部分13的第一转轴16旋转连接，另一对钢板之间设有水平布置的第二转轴17，第二转轴17位于第一转轴16的下方并与第一转轴16异面垂直；连接部分15为圆柱套筒，其上部开孔并与第二转轴17旋转连接。需要说明的是，第一转轴16优选沿旋转主轴9的径向布置，即第一转轴16的轴线穿过旋转主轴9的轴线，当然，第一转轴16的轴线也可以与旋转主轴9的轴线异面。

优选地，本方案中支爪5的数量为四个，四个支爪5的结构相同，并且优选均匀布置于旋转主轴9的周向，每个支爪5的纵向液压杆7的顶端均连接有相应的连接帽8。需要说明的是，支爪5的横向臂6作为纵向液压杆7与旋转主轴9之间的连接臂，其作用是将旋转主轴9的旋转力矩传递到待旋转底层，因此，横向臂6与旋转主轴9相交连接，优选地，本方案中将横向臂6水平布置，并将纵向液压杆7竖直布置在横向臂6的端部，如图1所示，纵向液压杆7的顶端与连接帽8相配合，可滑动。纵向液压杆7的伸长和缩短与连接帽8的向上和向下移动同步，由液压控制装置10自动控制，从而保证纵向液压杆7与连接帽8的稳固连接。

为了提高支爪5的支撑能力，优选地，本方案还在支爪5的横向臂6的下方设置有用于连接横向臂6和旋转主轴9的斜向支撑杆，如图1所示。

优选地，支爪5的横向臂6包括多段可拆卸连接的直杆，如图1所示的，横向臂6设计为可拆卸替换、可变长度的分段变截面杆，当然也可为等截面杆，如此设置，就可以使得支爪5的横向长度可变，对应用于中心空余面积不同的待旋转底层。在另一种优选方案中，横向臂6为长度可调节的伸缩杆，当调整到合适长度时，可利用锁紧装置将横向臂6的长度锁定。

在应用本发明提供的水下旋转控制装置之前，首先要完成对整个装置的安装布置。首先，将座箱1安装固定在半潜驳上，并位于待旋转底层的中心位置下方。然后，将四个支爪5安装固定在旋转主轴9上，其横向臂6的长度可根据待旋转底层的实际情况，即中心空余面积大小来选择。连接帽8也同时与支爪5的纵向液压杆7相配合连接。四个纵向液压杆7全部与液压控制装置10相连，而液压控制装置10再接入计算机11。通过控制计算机11来伸长纵向液压杆7，直到可以将与纵向液压杆7配合的连接帽8的固定部分13固定到待旋转底层上。这时候便完成了旋转装置与待旋转底层的连接。接下来，将电动机4固定到半潜驳上，并将电动机4的输出轴连接到座箱1的输入轴3上，同时，将电动机4与电机控制装置12相连并接入计算机11。这时便完成了整个水下旋转控制装置的安装布置。

本发明在水下旋转工艺中的应用过程如下：当半潜驳慢慢下降时，待旋转底层便慢慢脱离半潜驳上的支撑圆柱体，并进入水中，与待旋转底层相连的连接帽8也随之移动。这时候通过控制计算机11以及液压控制装置10来控制四个纵向液压杆7的升降使其与连接帽8的上下移动同步，保证纵向液压杆7与连接帽8的稳固连接。当整个待旋转底层与支撑圆柱体脱离并稳定之后，便可以通过计算机11以及电机控制装置12来控制电动机4的启动与旋转，从而通过旋转主轴9带动待旋转底层一同转动。当待旋转底层到达目标位置后，便可以控制电动机4停机；当待旋转底层超过目标位置范围时，还可以控制电动机4反向旋转，直至待旋转底层停留在目标位置。旋转结束后，慢慢上升半潜驳，此时，再次通过控制计算机11以及液压控制装置10来控制四个纵向液压杆7的升降使其与连接帽8的上下移动同步，保证纵向液压杆7与连接帽8的稳固连接。直到待旋转底层稳定支撑在半潜驳的支撑圆柱体上。至此，便完成了一次旋转工作。

可见，本发明提供的水下旋转控制装置可以使待旋转底层完成在水下任意角度的旋转，控制过程简单，自动化程度高，稳定性高，适用性强，易于人工操作，且连接帽与纵向液压杆的设计保证了旋转过程的安全性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种用于水下旋转工艺的水下旋转控制装置，其特征在于，包括：

固定于半潜驳上的座箱(1)，包括竖直布置并且可绕自身轴线旋转的旋转主轴(9)；

连接于所述旋转主轴(9)周向的多个支爪(5)，每个所述支爪(5)包括与所述旋转主轴(9)相交的横向臂(6)以及设置于所述横向臂(6)末端的可伸缩的纵向液压杆(7)，所述纵向液压杆(7)连接有液压控制装置(10)；

用于与待旋转底层连接的连接帽(8)，所述连接帽(8)设置于所述纵向液压杆(7)的顶端；

用于驱动所述旋转主轴(9)旋转的驱动装置，所述驱动装置连接有驱动控制装置。

2.根据权利要求1所述的水下旋转控制装置，其特征在于，还包括计算机(11)，所述液压控制装置(10)和所述驱动控制装置均连接于所述计算机(11)。

3.根据权利要求2所述的水下旋转控制装置，其特征在于，所述驱动装置为电动机(4)，所述驱动控制装置为电机控制装置(12)，所述座箱(1)设有输入轴(3)以及连接于所述输入轴(3)和所述旋转主轴(9)之间的减速传动装置(2)，所述电动机(4)连接于所述输入轴(3)。

4.根据权利要求1所述的水下旋转控制装置，其特征在于，所述连接帽(8)包括固定部分(13)、中间部分(14)和连接部分(15)，所述固定部分(13)包括用于与所述待旋转底层固定连接的固定板以及固定连接于所述固定板下方的水平布置的第一转轴(16)，所述中间部分(14)通过所述第一转轴(16)旋转连接于所述固定部分(13)，所述中间部分(14)固定连接有位于所述第一转轴(16)下方的水平布置的第二转轴(17)，所述第二转轴(17)的轴线与所述第一转轴(16)的轴线异面垂直，所述连接部分(15)通过所述第二转轴(17)旋转连接于所述中间部分(14)，所述连接部分(15)的下端连接于所述纵向液压杆(7)。

5.根据权利要求4所述的水下旋转控制装置，其特征在于，所述固定板通过螺栓与所述待旋转底层固定连接。

6.根据权利要求1所述的水下旋转控制装置，其特征在于，所述横向臂(6)水平布置，所述纵向液压杆(7)竖直布置。

7.根据权利要求1所述的水下旋转控制装置，其特征在于，所述横向臂(6)为长度可调节的伸缩杆。

8.根据权利要求1所述的水下旋转控制装置，其特征在于，所述横向臂(6)包括多段可拆卸连接的直杆。

9.根据权利要求1所述的水下旋转控制装置，其特征在于，所述旋转主轴(9)的周向均匀布置有四个所述支爪(5)。