CN106481882B - 一种海洋管线铺设装置及铺设方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海洋管线铺设装置及铺设方法，属于海洋工程技术领域，涉及一种海洋工程装备。它解决了现有技术中海底管路难于铺设的问题。本海洋管线铺设装置及铺设方法，从施工船至海底设置有分段管输送链，所述输送链从上到下设置有分段管导向节，输送链位于海底的端部连接对接转盘，对接转盘后面设置第一连接转盘，所述对接转盘与第一连接转盘通过伸缩缸构成的并联控制机构连接，第一连接转盘与第二连接转盘之间设置有控制两连接转盘相对转动的旋转驱动机构，第一连接转盘与第二连接转盘之间通过伸缩控制机构连接。本发明避免管路出现悬垂段及管路与船体的相互作用带来的安全隐患。

Description

一种海洋管线铺设装置及铺设方法

技术领域

本发明属于海洋工程技术领域，涉及一种用于海底管路铺设的装置及铺设方法。

背景技术

随着人类对海洋开发的不断深入，在海底铺设输送管路或线路变得越来越必要，例如输送油气的管路或输电或信息传输线缆，为保障输电或信息传输线缆的安全通常也需要将其放入预先铺设的管路中。

目前海底管线的铺设方法主要为：铺管时船按铺设线路就位并抛锚定位。预制好的管段在船上连接接后从托管架上进入水中，铺管船靠锚泊系统逐步前移，焊完一段前进一段。这是目前通行的铺管方法。截至1982年止世界上约有70艘铺管船，最大铺管水深可达200m，能铺直径1120mm的管子。

但是，采取在船上进行管段连接的方式不但需要托管架等设备，而且连接好管路从船上到海底要经过斜向下较长的悬垂过度段才能到达海底，所以船舶要承载悬垂过度段管路的重量。这段悬垂段管体不但增加了船舶的载荷，而且容易造成管路的损坏。船舶与管体互相作用，特别是在风浪较大时，船舶的运动作用于管路容易损坏管路，同样管路的运动作用于船舶也容易损坏船舶，威胁到船舶的安全。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种海洋管线铺设装置及铺设方法，本海洋管线铺设装置及铺设方法实现管路的分段管下放，避免管路出现悬垂段，减小船舶受的悬垂管路载荷，降低管路及船舶发生损坏的风险。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种海洋管线铺设装置，包括用于施工的施工船，从施工船至海底设置有运输分段管的输送链，沿所述输送链从上到下设置有分段管导向节，对管体起导向作用，导向节上设有支撑分段管内壁的导向轮。输送链位于海底的端部连接对接转盘，用于实现两个分段管的端口对中。对接转盘后面设置第一连接转盘，所述对接转盘与第一连接转盘通过伸缩缸构成的并联控制机构连接，使得通过控制伸缩缸的伸缩来控制对接转盘位置及朝向。第一连接转盘与第二连接转盘之间设置有控制两连接转盘相对转动的旋转驱动机构。第一连接转盘与第二连接转盘之间通过伸缩控制机构连接，以便控制第一连接转盘与第二连接转盘之间的距离。对接转盘、第一连接转盘与第二连接转盘上设置有沿转盘径向伸缩的伸缩爪及控制伸缩爪伸缩的机构，伸缩爪的伸出支撑在分段管内壁上，实现转盘与分段管管体的固定连接。

本海洋管线铺设装置的铺设方法为：在海底预先固定有一段预设管路，第一连接转盘与第二连接转盘放置在预设管路端口内，转盘上的伸缩爪伸出，使得转盘固定在管路上。在船上载有等长的分段管，分段管的两端设置有旋紧螺纹或相互配合的卡接端，使得分段管首尾之间能够连接成一体的管路。分段管套在输送链上的导向节上，使得分段管沿输送链下滑到海底，然后通过提升输送链使得分段管端口接近对接转盘，通过控制伸缩缸构成的并联控制机构动作使得对接转盘伸进分段管内，然后控制伸缩爪伸出使得对接转盘通过伸缩爪固定在分段管上，然后并联控制机构动作使得该分段管端口与设置有第一连接转盘的管体端口大致的对中，然后第一连接转盘伸缩爪缩回，接着并联控制机构，同时第一连接转盘与第二连接转盘之间的液压缸伸出，使得第一连接转盘进入离开海底管体进入分段管内，第二连接转盘仍然在原来的管体内，然后第一连接转盘的伸缩爪伸出，然后控制第一连接转盘相对第二连接转盘转动，同时利用伸缩机构使第一连接转盘向第二连接转盘运动，从而使两个管通过端部的螺纹连接在一起。连接好后，再将对接转盘、第一连接转盘与第二连接转盘牵引到该分段管的端口处准备连接下一段从船上放下的分段管。输送链与对接转盘通过旋转接头连接。避免第一连接转盘的传动到输送链上。

在上述的海洋管线铺设装置，导向节上设置有控制导向轮径向伸缩长度的伸缩控制机构，在进入分段管之前，导向轮缩回，方便导向节进入分段管，进入分段管后导向轮再伸出。

在上述的海洋管线铺设装置，导向节包括作为主体的短管，短管内部设有四个支撑在输送链链节上的内导向轮，短管上设置有将短管固定在链节上的插销，短管外设有支撑分段管内壁的伸缩爪。使得导向节既可固定在链节上也可沿输送链下滑，这时可以利用牵引绳牵引导向节，使其与分段管一起沿输送链滑动。

在上述的海洋管线铺设装置，对接转盘上设置有框架体，所述框架体为转轴首尾连接组成的正六边形框架体，转轴彼此通过万向联轴器连接，每个转轴上设置有垂直于转轴的伸缩爪，每个转轴上设置有轴承，轴承通过支撑柱支撑在转盘上，转轴上设置有控制转轴转动的旋转机构。通过转动转轴实现伸缩爪的端部聚拢或向外散开，相当于控制伸缩爪相对分段管的伸缩。对接转盘上伸缩爪端部聚拢会形成圆锥状前端，有助于使对接转盘更顺畅的进入分段管中。

在上述的海洋管线铺设装置，每个转轴上设置有两个伸缩爪，其中的一个伸缩爪的端部设置导向轮，另一个伸缩爪的端部设置摩擦头。设置有导向轮的伸缩爪与设置有摩擦头的伸缩爪之间的角度为180度。当需要其导向作用时，使带导向轮的伸缩爪与分段管接触，当需要将转盘与分段管相对固定时，使带摩擦头的伸缩爪与分段管接触，以便增加接触摩擦力。使用时，具有导向轮的伸缩爪朝向前方，方便对接转盘进入分段管中，具有摩擦头的伸缩爪朝向后方，当伸缩爪张开后向后移动转盘时可使伸缩爪与分段管形成自锁状态。

在上述的海洋管线铺设装置，对接转盘、第一连接转盘或第二连接转盘的控制伸缩爪伸缩的机构为：在转盘上设置有螺旋槽，在伸缩爪上设置有与螺旋槽配合的齿，通过控制转盘不同方向的转动控制伸缩爪沿转盘的径向伸缩。

在上述的海洋管线铺设装置，转盘两面设置有螺旋方向不同的螺旋槽，两面的螺旋槽上均配合有伸缩爪，一面的伸缩爪端部设置导轮，一面的伸缩爪端部设置摩擦头，转盘转动时一面的伸缩爪伸出另一面的伸缩爪缩回。需要转盘相对管体移动时，控制具有导轮的伸缩爪伸出，当需要转盘相对管体固定时，控制具有摩擦头的伸缩爪伸出。

与现有技术相比，本海洋管线铺设装置及铺设方法具有以下优点：

本发明利用柔性的链索实现对分段管的下放，并利用设置在水底的分段管连接器实现分段管间的连接，使得管路的下放及安装过程中，避免管路出现悬垂段及管路与船体的相互作用带来的安全隐患。本发明结构简单，操作方便，成本低。而且特别是适用于浅海铺设。

附图说明

图1是本发明的示意图；

图2是导向节结构示意图；

图3是分段管与海底管体对中的示意图；

图4是第一连接转盘进入分段管的示意图；

图5是实施例一的伸缩爪的伸缩结构示意图；

图6是实施例二的伸缩爪的伸缩结构示意图；

图7是具有实施例二的伸缩爪结构作为对接转盘的示意图；

图8是实施例三的伸缩爪的伸缩结构示意图；

图9是实施例三的伸缩爪的伸缩结构的截面示意图；

图10是利用实施例三的伸缩爪的伸缩结构作为转盘的示意图。

图中，施工船1，输送链2，分段管3，导向节4，短管401，内导向轮402，插销403，对接转盘5，转轴501,万向联轴器502,支撑柱503，轴承504,转轴旋转电机505,第一连接转盘6，转盘驱动电机603,第二连接转盘7，旋转电机701，并列的两个液压缸702，旋转接头8，转盘9,导向轮901，摩擦端头902，伸缩爪903，壳体904,并联控制机构10,海底管体11。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

如图1所示，一种海洋管线铺设装置，包括施工船1，从施工船至海底设置有运输分段管3的输送链2，分段管即一段段的待连接管体，输送链即相对于锚链的铁链，当然也可采用足够结实的绳索，沿所述输送链从上到下设置有多个分段管导向节4，对管体起导向作用，导向节之间的间距可根据需要设置。

如图2所示，导向节包括作为主体的短管401，短管内部设有四个支撑在输送链链节上的内导向轮402，短管上设置有将短管固定在链节上的插销403，短管外设有支撑分段管内壁的伸缩爪903。伸缩爪端部具有导向轮，使得导向节既可固定在链节上也可沿输送链下滑，这时可以利用牵引绳牵引导向节，使其与分段管一起沿输送链滑动。导向节上设有支撑分段管内壁的伸缩爪，伸缩爪的伸缩控制机构为液压缸或气压缸、电动缸或齿轮齿条机构等，在进入分段管之前，导向轮缩回，方便导向节进入分段管，进入分段管后导向轮再伸出。伸缩爪和内导向轮可为动力轮，即通过电机等控制转动的轮，使其能够在输送链上自主行走或控制分段管的移动。当然如果海底较浅，也可不用导向节，直接利用输送链对分段管进行导向下放。

如图3所示，输送链位于海底的端部连接对接转盘5，用于实现两个分段管的端口对中。对接转盘后面设置第一连接转盘6，所述对接转盘与第一连接转盘通过伸缩缸构成的并联控制机构10连接，使得通过控制伸缩缸的伸缩来控制对接转盘位置及朝向，本实施例采用的是在对接转盘与第一连接转盘之间并联的三个液压缸，液压缸与转盘的连接处为球铰链连接。

第一连接转盘与第二连接转盘7之间设置有控制两连接转盘相对转动的旋转驱动机构，如电机或液压马达等。第一连接转盘与第二连接转盘之间通过伸缩控制机构连接，以便控制第一连接转盘与第二连接转盘之间的距离。本实施例采用的是在第二转盘上设置控制转盘转动的旋转电机701，旋转电机与第一转盘之间通过并列的两个液压缸702连接。

对接转盘、第一连接转盘与第二连接转盘上设置有与导向节类似的，沿转盘径向伸缩的伸缩爪及控制伸缩爪伸缩的液压缸，伸缩爪即为液压缸的活塞杆，伸缩爪的伸出支撑在分段管内壁上，实现转盘与分段管管体的固定连接，即依靠顶压的摩擦力使两者不能相对移动。

在上述的海洋管线铺设装置中，输送链与对接转盘通过旋转接头8连接。避免第一连接转盘的传动到输送链上。

如图4、5所示，本海洋管线铺设装置及铺设方法为：在海底预先固定有一段预设管路，称为海底管体11，第一连接转盘与第二连接转盘放置在预设管路端口内，转盘上的伸缩爪伸出，使得转盘固定在管路上。在船上载有等长的分段管，分段管的两端设置有旋紧螺纹或转动卡接端等相互配合的连接端部，使得分段管首尾之间能够通过旋紧螺纹或转动卡接连接成一体的管路。

分段管套在输送链上的导向节上，使得分段管沿输送链下滑到海底，然后通过提升输送链，使得分段管端口接近对接转盘。

然后通过控制伸缩缸构成的并联控制机构动作，使得对接转盘伸进分段管内，然后控制伸缩爪伸出使得对接转盘通过伸缩爪固定在分段管上，然后并联控制机构动作使得该分段管端口与设置有第一连接转盘的管体端口大致的对中，然后第一连接转盘伸缩爪缩回，接着并联控制机构，同时第一连接转盘与第二连接转盘之间的液压缸伸出，使得第一连接转盘进入离开海底管体进入分段管内，第二连接转盘仍然在原来的管体内，然后第一连接转盘的伸缩爪伸出，接着旋转电机控制第一连接转盘相对第二连接转盘转动，与此同时利用液压缸收缩使第一连接转盘接近第二连接转盘，从而使两个管通过端部的螺纹连接或卡接在一起。连接好后，再利用输送链将对接转盘、第一连接转盘与第二连接转盘牵引到该分段管的端口处固定，准备连接下一段从船上放下的分段管。

进一步，导向节、对接转盘、第一连接转盘与第二连接转盘上的伸缩爪均设置为八个，其中不相临的四个伸缩爪端部设置导向轮901，可为动力轮，即通过电机等控制导向轮自主转动，另四个伸缩爪端部设置摩擦端头902，以便增大摩擦力。带导向轮的伸缩爪伸出方便转盘在管体内的移动，带摩擦端头的伸缩爪伸出使转盘相对管体固定。

实施例二

如图6、7所示，与实施例一不同的是，对接转盘5的转盘上设置有框架体，所述框架体为转轴501首尾连接组成的正六边形框架体，转轴彼此通过万向联轴器502连接，每个转轴上设置有垂直于转轴的伸缩爪，伸缩爪可只为一段杆体，也可为与实施例一中的伸缩爪相同的液压缸。每个转轴上设置有轴承，轴承通过支撑柱503支撑在转盘504上，转轴上设置有控制转轴转动的转轴旋转电机505。通过转动转轴实现伸缩爪的端部聚拢或向外张开，相当于控制伸缩爪相对分段管的伸缩。对接转盘上伸缩爪端部聚拢会形成圆锥状前端，有助于使对接转盘更顺畅的进入分段管中。伸缩爪向外张开时，端部可以支撑在分段管的内壁上。

进一步，每个转轴上设置有两个伸缩爪，其中的一个伸缩爪的端部设置导向轮，另一个伸缩爪的端部设置摩擦头。设置有导向轮的伸缩爪与设置有摩擦头的伸缩爪之间的角度为180度。当需要其导向作用时，使带导向轮的伸缩爪与分段管接触，当需要将转盘与分段管相对固定时，使带摩擦头的伸缩爪与分段管接触，以便增加接触摩擦力。使用时，具有导向轮的伸缩爪朝向前方，方便对接转盘进入分段管中，具有摩擦头的伸缩爪朝向后方，当伸缩爪张开后向后移动转盘时可使伸缩爪与分段管形成自锁状态。

进一步，第二连接转盘上设置有与对接转盘相同的框架体结构，不同的是设置有导轮的伸缩爪朝向后方。使得具有摩擦头的伸缩爪张开时，第二连接转盘如若向前移动会形成自锁。

实施例三

如图8、9、10所示，与实施例一，二不同的是，对接转盘、第一连接转盘或第二连接转盘任意一个的伸缩爪伸缩机构为卡盘卡爪式伸缩机构：即，在壳体904内设置有转盘9，在转盘上设置有螺旋槽，在伸缩爪上设置有与螺旋槽配合的齿，转盘轴上连接控制转盘转动的转盘驱动电机603，电机固定在壳体上，通过电机控制转盘不同方向的转动控制伸缩爪沿转盘的径向伸出或缩回壳体，与机床上的卡盘结构类似。

进一步，转盘两面设置有螺旋方向不同的螺旋槽，两面的螺旋槽上均配合有伸缩爪，一面的伸缩爪端部设置导轮，一面的伸缩爪端部设置摩擦头，转盘转动时一面的伸缩爪伸出另一面的伸缩爪缩回。需要转盘相对管体移动时，控制具有导轮的伸缩爪伸出，当需要转盘相对管体固定时，控制具有摩擦头的伸缩爪伸出。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了一些术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (8)

1.一种海洋管线铺设装置，包括施工船，其特征在于，从施工船至海底设置有分段管输送链，所述输送链从上到下设置有分段管导向节，导向节上有支撑分段管内壁的导向轮，输送链位于海底的端部连接对接转盘，输送链与对接转盘通过旋转接头连接，对接转盘后面设置第一连接转盘，所述对接转盘与第一连接转盘通过伸缩缸构成的并联控制机构连接，第一连接转盘与第二连接转盘之间设置有控制两连接转盘相对转动的旋转驱动机构，第一连接转盘与第二连接转盘之间通过伸缩控制机构连接，对接转盘、第一连接转盘与第二连接转盘上设置有沿盘面径向伸缩的伸缩爪及控制伸缩爪伸缩的机构。

2.根据权利要求1所述的海洋管线铺设装置，其特征在于，导向节上设置有控制导向轮径向伸缩长度的伸缩控制机构。

3.根据权利要求1所述的海洋管线铺设装置，其特征在于，导向节包括作为主体的短管，短管内部设有四个支撑在输送链链节上的内导向轮，短管上设置有将短管固定在链节上的插销，短管外设置支撑分段管内壁的伸缩爪。

4.根据权利要求1所述的海洋管线铺设装置，其特征在于，对接转盘上设置有框架体，所述框架体为转轴首尾连接组成的正六边形框架体，转轴彼此通过万向联轴器连接，每个转轴上设置有垂直于转轴的伸缩爪，每个转轴上设置有轴承，轴承通过支撑柱支撑在转盘上，转轴上设置有控制转轴转动的旋转机构。

5.根据权利要求4所述的海洋管线铺设装置，其特征在于，每个转轴上设置有两个伸缩爪，其中的一个伸缩爪的端部设置导向轮，另一个伸缩爪的端部设置摩擦头，设置有导向轮的伸缩爪与设置有摩擦头的伸缩爪之间的角度为180度。

6.根据权利要求1所述的海洋管线铺设装置，其特征在于，对接转盘、第一连接转盘或第二连接转盘的控制伸缩爪伸缩的机构为：在转盘上设置有螺旋槽，在伸缩爪上设置有与螺旋槽配合的齿，通过控制转盘不同方向的转动控制伸缩爪沿转盘的径向伸缩。

7.根据权利要求6所述的海洋管线铺设装置，其特征在于，转盘两面设置有螺旋方向不同的螺旋槽，两面的螺旋槽上均配合有伸缩爪，一面的伸缩爪端部设置导轮，一面的伸缩爪端部设置摩擦头，转盘转动时一面的伸缩爪伸出另一面的伸缩爪缩回。

8.一种根据权利要求1所述的海洋管线铺设装置的铺设方法，其特征在于，在海底预先固定一段预设管路，第一连接转盘与第二连接转盘固定在预设管路端口内；将分段管套在输送链上的导向节上，使得分段管沿输送链下滑到海底；然后通过控制输送链使得分段管端口接近对接转盘，通过并联控制机构动作使得对接转盘伸进分段管内；然后控制对接转盘伸缩爪伸出使得对接转盘固定住分段管，接着第一连接转盘伸缩爪缩回，通过伸缩机构控制第一连接转盘远离第二连接转盘，使第一连接转盘原管体进入对接转盘所在的分段管内，然后第一连接转盘的伸缩爪伸出支撑在分段管内壁上，然后旋转机构控制第一连接转盘相对第二连接转盘转动，同时利用伸缩机构使第一连接转盘向第二连接转盘运动，从而使两个管通过端部的结合在一起；连接好后，再利用输送链将对接转盘、第一连接转盘与第二连接转盘牵引到该分段管的端口处准备连接下一段从船上放下的分段管。