CN110410580B - 一种深水柔性海底管道的铺设装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深水柔性海底管道的铺设装置，包括：可转动地设置在铺管船的甲板上的铺设塔架；沿竖直方向设置在所述铺设塔架上的至少一个张紧机构；与所述张紧机构相对地设置在所述甲板的侧壁上用于对管道进行夹紧避免其晃动的悬挂夹具；两端分别与所述铺设塔架和所述甲板连接用于调节所述铺设塔架之角度的至少一个角度调整机构；安装在所述铺设塔架和所述甲板上用于辅助铺管、弃管或者收管操作的辅助操作机构。该深水柔性海底管道的铺设装置结构合理、完整，功能齐全，实现了模块化，便于组装，能够能够安全高效的实现上管，铺管，以及在特殊情况下的弃/收管作业。

Description

一种深水柔性海底管道的铺设装置

技术领域

本发明涉及海底管道铺设领域，更具体地说，涉及一种深水柔性海底管道的铺设装置。

背景技术

海底管道铺设塔系统是用于在海底铺设管道来输送石油及天然气的工程。海底管道是通过密闭的管道在海底连续地输送大量油、气的管道，是海上油气田开发生产系统的主要组成部分，也是目前最快捷、最安全和经济可靠的海上油气运输方式。

常用的海底管道可分为刚性管道和柔性管道，与S型铺设法、J型铺设法和Reel型铺设法中使用的刚性管道相比，海底柔性管道，即软管，拥有更高的铺设速度、更强的抗弯、抗压、抗腐蚀性能和更低的铺设成本。因此柔性管道在未来的海底管道铺设领域必将占据重要的位置。

目前刚性管道铺设发展较为完善，通过托管法、S型铺罐法、J型铺管法、REEL型铺管法可以铺设不同海域的刚性管道。与刚性管道铺设相比，由于柔性管道出现的时间较慢，因此柔性管道铺设的发展也较为缓慢，自从1972年Coflexip公司(后演变为Technip公司)制造出耐高压的海洋柔性钢管之后，柔性管道开始被应用于海洋油气开发，几十年来柔性管道和软管铺设系统的设计制造都经过了大量产品迭代，已经形成了较为完整的技术和工程体系。

在被认为是本发明的最接近的现有技术中，如伊特里克公司申请的《海上管道安装系统和海上管道安装方法》中，如图1所示为《海上管道安装系统和海上管道安装方法》的实施方案的立体图。《海上管道安装系统和海上管道安装方法》中所提出的管道安装系统较为全面，但也存在着一些技术问题。首先第一个问题是海上风浪较大，对于船舶和船上的管道安装系统都会造成一定的干扰，当面临非常恶劣的海况时，这种干扰便会变得很大，而在《海上管道安装系统和海上管道安装方法》专利中，管道投放塔和储存卷筒之间距离较远，且在两者之间没有可以固定管道的部件，这就造成当环境恶劣时，由于铺设的软管柔性较大的缘故，软管会产生剧烈的晃动，对于管道会产生较大的破坏。第二个问题是《海上管道安装系统和海上管道安装方法》专利中提到了悬挂夹具，此专利中提到的悬挂夹具为法兰式悬挂夹具，法兰式悬挂夹具的作用是为软管两端的法兰提供支撑，以为当一卷软管铺设完毕后连接下一卷软管时使用。虽然法兰式悬挂夹具结构简单而高效，能在管道连接时提供稳定高效的悬挂功能，但其并不能满足软管铺设塔系统的实际要求：法兰悬挂夹具功能的实现严重受制于管道法兰，当铺设过程中出现突发情况时无法随时停止管道。铺设系统中若只存在法兰悬挂夹具，则一旦张紧器或A&R绞车功能出现故障，就必须舍弃已铺设的管道，造成巨大的时间和资金浪费。因此，有必要在铺设系统中加入一种可以随时夹紧管道的悬挂夹具。第三个问题是《海上管道安装系统和海上管道安装方法》专利中的投放塔位于张紧器下方的位置上缺少起吊设备。

在此篇专利中，管道投放塔上端安装有一个起重吊机，但是由于张紧器的遮挡作用，张紧器的下方工作位置处于上端起重吊机的盲点，因此，张紧器的下方需要安装起吊设备，以便于附件辅助设备如悬挂夹具的起吊安装任务等。但此篇专利中没有相应的起吊设备，只能依赖于船上自带的起吊设备，这就使整个管道投放塔工作的完整性打了折扣。综上所述，在《海上管道安装系统和海上管道安装方法》专利中，以上三个方面为主要的缺点。

在被认为是本发明的最接近的另一项现有技术中，如伊特里克公司申请的《海上卷筒铺设法式管道安装船和方法》中，如图2所示为《海上卷筒铺设法式管道安装船和方法》的实施方案的立体图。《海上卷筒铺设法式管道安装船和方法》专利中提出的管道铺设模型也存在着一些缺点。首先第一个方面，根据此专利的描述，其中提出的管道投放塔模型没有调节器即角度调整机构，虽然如图2所示管道投放塔后连接有两个液压缸，但图中的液压杆尺寸太小，且结构也满足不了角度调整的功能。虽然专利中提出了可以调节张紧器的上下移动来降低整个设备的重心，但这种方式的效果显然不如直接调节整个管道投放塔以使整个管道投放塔的重心降低这种方式效果好。虽然此专利中提出没有调节器的原因是比较昂贵，但设计一种安全经济的调节器即角度调整机构也是可以实现的。其次第二个方面，《海上卷筒铺设法式管道安装船和方法》与《海上管道安装系统和海上管道安装方法》的问题一样，在提出的悬挂夹具中只包括法兰式悬挂夹具，没有一种在紧急情况下可以随时夹紧管道的悬挂夹具，因此工作过程中也存在着一些忧患。

通过对以上两篇最接近本发明的现有技术专利的分析，我们可以发现，现有技术的主要问题是结构不完整，由此会造成整个铺管工作的完整性、稳定性降低，本发明需要改进这些缺点，设计一种更为完整的深水柔性海底管道的铺设装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的深水柔性海底管道的铺设装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种深水柔性海底管道的铺设装置，包括：

可转动地设置在铺管船的甲板上的铺设塔架；

沿竖直方向设置在所述铺设塔架上的至少一个张紧机构；

与所述张紧机构相对地设置在所述甲板的侧壁上用于对管道进行夹紧避免其晃动的悬挂夹具；

两端分别与所述铺设塔架和所述甲板连接用于调节所述铺设塔架之角度的至少一个角度调整机构；

安装在所述铺设塔架和所述甲板上用于辅助铺管、弃管或者收管操作的辅助操作机构。

优选地，每个所述角度调整机构包括大支撑杆、小支撑杆、以及至少一个第一驱动机构；

所述大支撑杆的一端与所述铺设塔架连接；

所述小支撑杆可伸缩地设置在所述大支撑杆中，且伸出所述大支撑杆与所述甲板连接；

所述至少一个第一驱动机构与所述大支撑杆和小支撑杆连接以驱动所述小支撑杆伸缩。

优选地，所述角度调整机构还包括第一滑块、第二滑块、第一插销、以及第二插销；

所述第一滑块套设在所述大支撑杆上；

所述第二滑块可滑动地套设在所述小支撑杆；

所述第一插销可拆卸地穿入所述第一滑块和所述大支撑杆以连接固定所述大支撑杆和所述小支撑杆；

所述第二插销可拆卸地穿入所述第二滑块以插入所述小支撑杆中对所述小支撑杆进行定位；

所述至少一个第一驱动机构设置在所述第一滑块和所述第二滑块之间，且分别与所述第一滑块和所述第二滑块连接，以带动所述第二滑块滑动，进而带动所述小支撑杆伸缩。

优选地，所述悬挂夹具包括第一夹持组件以及第二夹持组件；

所述第一夹持组件夹设在相互拼接且相邻设置的两个管道之间，且位于所述两个管道的法兰之间；

所述第二夹持组件设置在所述第一夹持组件的下部以夹持所述相互拼接且相邻设置的两个管道中先进入海底的管道。

优选地，所述第一夹持组件包括可开合设置的两个管卡、以及驱动所述管卡开合的一组第二驱动机构；所述第二驱动机构一端与所述管卡连接，另一端与所述甲板的侧壁连接；

所述第二夹持组件包括可开合设置的至少一组夹持机构；每组所述夹持机构包括可开合设置的两个卡具、以及驱动所述卡具开合的一组第三驱动机构；所述第三驱动机构一端与所述卡具连接，另一端与所述甲板的侧壁连接。

优选地，所述铺设塔架包括第一立柱、第二立柱、第一横梁以及第二横梁；

所述第一立柱和所述第二立柱间隔且并排设置；所述第一横梁和所述第二横梁并排且间隔设置所述第一立柱和所述第二立柱之间分别与该第一立柱和所述第二立柱连接；

所述第一立柱和所述第二立柱与所述甲板之间均通过设置铰接结构可转动连接；

所述至少一个张紧机构设置在所述第一横梁和所述第二横梁之间；

所述张紧机构包括设置在所述第一横梁和所述第二横梁之间且两端分别与所述第一横梁和所述第二横梁连接的支架、以及安装在所述支架上的张紧器。

优选地，所述辅助操作机构包括A&R组件、塔顶吊机、以及塔底梁吊组件；

所述A&R组件安装在所述铺设塔架和所述甲板上；

所述塔顶吊机安装在所述第一横梁的顶部；

所述塔底梁吊组件包括并排且间隔设置的两个梁吊件；所述两个梁吊件间隔设置在所述第二横梁的侧壁上。

优选地，所述A&R组件包括滑轮组、摩擦绞车、以及储存绞车；

所述滑轮组安装在所述第一横梁的顶部且与所述塔顶吊机间隔设置；

所述摩擦绞车安装在所述第一立柱下部且位于所述第一立柱与所述梁吊件相背设置的一侧；

所述储存绞车安装在所述甲板上。

优选地，还包括管道引导机构；所述管道引导机构安装在所述甲板上以及所述铺设塔架的上部，以将所述管道引导至所述张紧机构并穿过所述张紧机构设置。

优选地，所述管道引导机构包括曲率调整轮、管线对中器、以及甲板补偿器；

所述曲率调整轮安装在所述铺设塔架的顶部；所述管线对中器设置在所述铺设塔架上且位于所述曲率调整轮和所述张紧机构之间；

所述甲板补偿器安装在所述甲板上；

所述张紧机构工作时，所述曲率调整轮、所述管线对中器、所述张紧机构以及所述悬挂夹具的轴线重合。

实施本发明的深水柔性海底管道的铺设装置，具有以下有益效果：本发明的深水柔性海底管道的铺设装置通过在甲板的侧壁上设置与该张紧机构相对设置的悬挂夹具，其不仅可以用于夹紧管道减少在铺设过程中由于风浪等海况造成的管道晃动，而且还可以补充管道的内张力，并且通过在铺设塔架和甲板上设置辅助操作机构，可以避免张紧机构下方出现工作盲点，再者通过两端分别与该铺设塔架和甲板连接的至少一个角度调整机构，可以用于矫正铺设塔架的角度，并使整个铺设装置的实际高度降低，重心下移，有利于铺管船的运输和抵抗恶劣天气海况的能力。该深水柔性海底管道的铺设装置结构合理、完整，功能齐全，实现了模块化，便于组装，能够能够安全高效的实现上管，铺管，以及在特殊情况下的弃/收管作业。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一些实施例中深水柔性海底管道的铺设装置的立体结构示意图；

图2是图1所示深水柔性海底管道的铺设装置的局部结构放大示意图；

图3是图1所示深水柔性海底管道的铺设装置的另一角度的立体结构示意图；

图4是图1所示深水柔性海底管道的铺设装置的主视图；

图5是图1所示深水柔性海底管道的铺设装置的后视图；

图6是图1所示深水柔性海底管道的铺设装置处于50度时的主视图；

图7是图1所示深水柔性海底管道的铺设装置的铺设塔架的立体结构示意图；

图8是图1所示深水柔性海底管道的铺设装置的角度调整机构的立体结构示意图；

图9是图1所示深水柔性海底管道的铺设装置的悬挂夹具的局部放大示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

图1示出了本发明深水柔性海底管道铺设装置的一些优选实施例。该海底柔性海底管道铺设装置可安装在铺管船2上，其可用于深水柔性海底管道的铺设，其具有结构合理、完整，功能齐全，可实现模块化，便于组装，安全高效的优点。该铺管船2可包括船体201、以及设置在船体201上的甲板202；该甲板202上可设置第一支座2021和第二支座2022。

如图1至图5所示，该深水柔性海底管道铺设装置可包括铺设塔架10、至少一个张紧机构20、至少一个角度调整机构30、悬挂夹具40、辅助操作机构50、管道引导机构60。该铺设塔架10可转动地设置在该甲板202上，并通过销轴铰接于该第一支座2021；其可用于供该至少一个张紧机构20、至少一个角度调整机构30、辅助操作机构50以及管道引导机构60安装。该至少一个张紧机构20可包括一个张紧机构20；可以理解地，在其他一些实施例中，该至少一个张紧机构20可包括多个张紧机构20。该张紧机构20可沿竖直方向设置在该铺设塔架10上，其可用于挤压管道3以保持管道3的张力。该至少一个角度调整机构30可包括两个角度调整机构30，可以理解地，在其他一些实施例中，其可包括一个或者多个角度调整机构30，其一端可与该铺设塔架10连接，另一端可与该甲板202连接，具体地，其可通过销轴铰接于该第二支座2022，其可用于调节该铺设塔架10的角度。该悬挂夹具40设置在该甲板202的侧壁上，具体地，其可安装在该铺管船船尾前端，其与该张紧机构20相对地设置，其可用于夹紧管道3避免该管道3晃动。该辅助操作机构50安装在该铺设塔架10和该甲板202上，其可用于辅助铺管、弃管或者收管操作。该管道引导机构60可安装在该甲板202上和该铺设塔架10的上部，其可用于将管道3引导至该张紧机构20并使得该管道3穿过该张紧机构20。

如图1、图3、图4、图5、图7所示，进一步地，该铺设塔架10可包括第一立柱11、第二立柱12、第一横梁13、第二横梁14、第一安装柱15、第二安装柱16、滑轨17以及扶梯18。该第一立柱11和该第二立柱12间隔且并排设置在该甲板202上，且其分别与该甲板202上的第一支座2021通过铰接结构进行铰接，以便于绕该第一支座2021转动。该第一横梁13和该第二横梁14可并排且间隔设置在该第一立柱11和该第二立柱12之间，该第一横梁13可设置在该第一立柱11和该第二立柱12的上部，其两端可分别与该第一立柱11和该第二立柱12连接，该第二横梁14可设置在该第一立柱11和该第二立柱12的下部，其两端可分别与该第一立柱11和该第二立柱12连接。该第一安装柱15和该第二安装柱16并排且间隔设置在该第一横梁13的顶部，其可为圆柱状，其可用于供该辅助操作机构50安装。该滑轨17可设置在该第一横梁13上，且位于该第一立柱11和该第二立柱12之间，其可用于供该管道引导机构60的曲率调整轮61安装。该扶梯18可设置在该第二立柱12的侧壁，其可供工作人员上下铺设塔架。在一些实施例中，该第一立柱11的侧壁上还可设置钢缆位置限定栏，以用于对钢缆位置进行限位。

进一步地，在一些实施例中，该张紧机构20可设置在该第一横梁13和该第二横梁14之间。该张紧机构20可包括支架21以及张紧器22；该支架21可安装在该第一横梁13和该第二横梁14之间，其可用于供该张紧器22安装。该张紧器22可安装在该支架21上，其可用于挤压管道3以保持该管道3的张力。

具体地，该支架21一端安装在该第一横梁13的下部，另一端安装在该第二横梁14的上部，且其两端分别与该第一横梁13和该第二横梁14连接。该支架21可以用于推动该张紧器22，使得张紧器22可以前后移动，从而可达到工作位置或者收回位置。该工作位置，即为图1、图3、图4所示管道铺设时张紧器22夹紧管道的位置，该收回位置，即如图5所示张紧器22不工作时的位置，此位置下方可设置工作平台，当处于收回位置，工作人员可通过扶梯18到达该张紧器22的各个部位，从而便于该张紧器22的维护和维修。

该张紧器22主要由由安装在框架上的四条组成十字型的履带组成，履带可以移动以使四条履带可以相互朝着十字型中心靠近和远离，以适应不同管径的柔性管道。张紧器22通过履带的挤压产生足够的摩擦力来保持该管道的张力。该张紧器22具有复杂的驱动系统，从而可以保证铺管船在收到波动时仍可以保持管道的恒张力状态。

如图1、图3、图6及图8所示，进一步地，在一些实施例中，该两个角度调整机构30的一端分别与该铺设塔架10的第一立柱11和第二立柱12连接，且另一端分别与该甲板202上的两个第二支座2022通过铰接结构铰接。该铰接结构可为销轴。每一角度调整机构30可包括大支撑杆31、小支撑杆32、至少一个第一驱动机构33、第一滑块34、第二滑块35、第一插销36、以及第二插销37。

该大支撑杆31的一端可与该铺设塔架10连接，具体地，其可与该第一立柱11或者该第二立柱12连接。该大支撑杆31可为中空结构，其另一端可设置开口，以便于套设在该小支撑杆32上。该小支撑杆32可伸缩地设置在该大支撑杆31中，且可从该大支撑杆31的开口伸出与该甲板202上的第二支座2022连接。该小支撑杆32上可开设有等距设置的通孔321。该至少一个第一驱动机构33可包括四个第一驱动机构33；可以理解地，在其他一些实施例中，该至少一个第一驱动机构33可包括一个或者多个第一驱动机构33。该第一驱动机构33可以为液压油缸。该四个液压油缸可通过该第一滑块34和该第二滑块35与该大支撑杆31和该小支撑杆32连接，可用于驱动该小支撑杆32伸缩。该第一滑块34可套设在该大支撑杆31上，且其可与该大支撑杆41焊接。该第一滑块34上设有第一通孔，该大支撑杆42上设有第二通孔；该第一通孔与该第二通孔相对设置，以供该第一插销36插入。该第二滑块35可滑动地套设在该小支撑杆32上。该四个液压油缸的两端可分别焊接在大支撑杆31和小支撑杆32上的支座上。该第一插销36可拆卸地穿入该第一滑块34和该大支撑杆31的通孔，将该大支撑杆31和该小支撑杆32连接。该第二插销37可拆卸地穿入该第二滑块35中，其可插入该小支撑杆32上的通孔321，并对该小支撑杆32进行定位。该第一插销36和该第二插销37的直径均与该大支撑杆31、小支撑杆32、第一滑块34、第二滑块35上的孔径相适配。

如图1及图6所示，当铺设塔架10需要调整角度时，便需要通过改变该角度调整机构30的长度来完成。该角度调整机构30的工作流程为，初始状态下，第一滑块34和该第二滑块35上的插销均锁紧；首先，将第二滑块35上的第二插销37拔出，驱动该液压油缸，使得该液压油缸伸长，小支撑杆32向下移动一个单元长度，并同时使得第一滑块34上的第一插销36靠与之连接的液压油缸拔出；其次，将该第二插销37插入该第二滑块35和该小支撑杆32上的通孔321中，锁紧该小支撑杆；然后，驱动该液压油缸收缩，带动该第二滑块35和小支撑杆32运动，使得小支撑杆32收入该大支撑杆31中，进而使得该角度调整机构30总长度变小，从而使得铺设塔架10朝甲板202方向转动，使得铺设塔架10与该甲板202之间的角度变小。当小支撑杆32移动一个单元长度后，该第一插销36插入该第一滑块34和该大支撑杆31中，锁紧大支撑杆31和小支撑杆32。重复以上过程直至该铺设塔架10被调整到需要的角度。在铺管船2不进行铺管作业时，可通过该角度调整机构30，将该铺设塔架10收回至50度状态，使得整体重心下移，从而可保证该铺管船2快速行进时的安全。当进行铺管作业时，则可通过该角度调整机构30将该铺设塔架10调整到90度。

如图1、图3、图4至图6、及图9所示，进一步地，在一些实施例中，该悬挂夹具40可包括第一夹持组件41以及第二夹持组件42；该第一夹持组件41可焊接在铺管船2船尾前端，其工作轴线可与该张紧器22的工作轴线重合，其可夹设在相互拼接且相邻设置的两个管道3之间，且位于该两个管道3的法兰之间。该第二夹持组件42可安装在该第一夹持组件41的下部，其可用于夹持该相互拼接且相邻设置的两个管道3中先进入海底的管道3。

该第一夹持组件41可用于给该管道3提供张力。柔性管道的两端安装有用于连接的环状凸缘法兰，在铺管过程中，当正在铺设的柔性管道到达末端时，可通过该第一夹持组件41给该管道3提供张力，进而可便于连接新的管道。该第一夹持组件41可包括两个管卡411以及一组第二驱动机构412；该两个管卡411均可为半圆柱状，且其可为开合结构，其可形成圆柱状，卡设在相邻设置的两个管道的法兰之间。该一组第二驱动机构412可包括两个第二驱动机构412；该第二驱动机构412可以为液压油缸，其与该管卡411一一对应设置；其可用于驱动该管卡411开合。该第二驱动机构412的一端可与该管卡411连接，另一端可与该甲板202的侧壁连接。

该第二夹持组件42的工作轴线与该第一夹持组件41的工作轴线重合。当张紧器22发生故障时，该第二夹持组件42可暂时代替张紧器22为管道3提高张力。该第二夹持组件42可包括至少一组夹持机构；在一些实施例中，该至少一组夹持机构可包括沿竖直方向并排设置的四组夹持机构。可以理解地，在其他一些实施例中，该至少一组夹持机构可包括一组或者多组夹持机构。每组夹持几个均为可开合结构。其可包括两个卡具421以及一组第三驱动机构422；该两个卡具421内侧可设置摩擦材料，在挤压管道3时，通过该摩擦材料，该摩擦材料和该管道3之间可产生足够的摩擦力。该两个卡具421可开合设置，以便于适应不同管径的管道3。该一组第三驱动机构422可包括两个第三驱动机构422；该第三驱动机构422可与该卡具421一一对应设置，其一端可与该卡具连接，另一端可与该甲板202的侧壁连接，其用于驱动该卡具421开合。在一些实施例中，该第三驱动机构422可为液压油缸。

如图1至图5所示，进一步地，该辅助操作机构50可包括A&R组件、塔顶吊机52、以及塔底梁吊组件53；该A&R组件可安装在该铺设塔架10和该甲板202上，其可通过协调工作来辅助该铺管船2实现海底管道3的弃置和回收以及其他铺管工作。该塔顶吊机52可安装在该第一横梁13的顶部，其可用于辅助产品卸装和产品附件的吊装。该塔底梁吊组件53可安装在该第二横梁14的侧壁上，其可用于避免因该张紧机构20下方为工作盲区而影响铺管效率。

具体地，该A&R组件包括滑轮组511、摩擦绞车512以及储存绞车513；该滑轮组511可安装在第一横梁13的顶部，且与该塔顶吊机52间隔设置，具体地，其可安装在该第一安装柱15上，其用于A&R绞车缆绳的绕设。该摩擦绞车512可安装在该第一立柱11下部，且位于该第一立柱11的柱脚上部。该储存绞车513可安装在该甲板202上。在正常铺设柔性管道的开始与结束阶段，遇到恶劣天气不允许作业阶段，或在柔性管道铺设过程中，一个滚筒上的柔性管道铺设完毕，需要更换新的带线滚筒等特殊情况下，将柔性管道弃置于海底停止运作，在这个过程中，为避免管道因弯曲应力过大而受到破坏，要求管道保持一定的轴向张力，通过使用A&R组件可以保证管道在某恒定的轴向张力作用下，以一定的速度弃置或者回收。

该塔顶吊机52可安装在该第二安装柱16上，且沿朝张紧机构20的方向凸出该第二安装柱16设置，其工作范围可覆盖到铺设塔架10工作一侧的大部分位置，其可辅助产品和产品附件的吊装。

该塔底梁吊组件53可包括两个梁吊件；该两个梁吊件可并排且间隔设置在该第二横梁14的侧壁上，其位于张紧器22的下方，且呈对称布置。因该张紧机构20的下方空间是塔顶吊机52的工作盲区，通过该梁吊件可用于执行该张紧器22下方的吊装任务，从而提高吊装效率。

进一步地，在一些实施例中，该管道引导机构60可包括曲率调整轮61、管线对中器62以及甲板补偿器63；该曲率调整轮61可安装在该铺设塔架10的顶部，其可用于调整该管道3的曲率。该管线对中器62可设置在该铺设塔架10上，且位于该曲率调整轮61和该张紧机构20之间，其可用于将管道3对准张紧器22。该甲板补偿器63可安装在该铺设塔架10下部，且位于该甲板202上。当该张紧机构20工作时，该曲率调整轮61、管线对中器62、张紧机构20以及悬挂夹具40的轴线均重合。

该曲率调整轮61可安装在该第一横梁13上的滑轨17上，其可与该滑轨相对移动，以适应不同管径的柔性管道，使得柔性管道的中心处于规定位置，该曲率调整轮61的轮缘滑道上V字形安装有多个小摩擦轮，管道3在滑道上移动时摩擦轮随着管道3转动。曲率调整轮61的半径大于柔性管道的最小弯曲半径，以防止柔性管道失效。

该管线对中器62可安装在该第一横梁13侧壁上，其可设计成开合结构，在管道铺设开始时，管道3可从滚筒出发，经过该甲板补偿器63和曲率调整轮61从该管线对中器62中进入张紧器22，该管线对中器62可保证该张紧器22夹紧管道之前管道3与该张紧器22的工作轴线大致重合。

该甲板补偿器63的上端与该曲率调整轮61的尾端在用一竖直平面上。该甲板补偿器63的工作部分机构与该曲率调整轮61相近，半径相同。该甲板补偿器63可用于改变位置调节管道3的内张力，并且可以防止管道3因为海风和船体摇荡的干扰发生晃动。

下面将说明本发明深水柔性海底管道铺设装置的几种工作流程。

铺管准备工作：在铺设管道3之前需要先将管道3预张力控制机构，曲率调整轮61，管线对中器62，甲板补偿器63等设备从收回状态调整至工作状态，即调整它们的位置至工作轴线处。为了适应不同铺设管道3的管径，需要在进行铺设之前为张紧器22换上与管道3直径相符合的轨道衬垫。在铺设塔架10上各设备就位后，需要将滚筒中的管道3引导到铺设塔工作轴线上。为了使管道准确、顺畅的通过预设的路径到达张紧器22之间，需要先使用吊机引导绞车的钢缆通过张紧器22、曲率调整轮61、甲板补偿器63等设备，然后将吊钩连接在滚筒中的柔性管道上，之后绞车慢慢提供张力，牵引着柔性管道按照预设的路径行进，直至到达张紧器22内。

正常铺管工作：在准备步骤执行完毕后，悬挂夹具打开，让出管道的行进路线，然后管线对中器62慢慢抱紧，张紧器22的履带慢慢收紧，确保管道轴线位置与张紧器22轴线精确重合，在张紧器22完全夹紧管道之后，张紧器22的履带启动，将管道下放至海中，开始铺设。当一段管道铺设完毕，需要进行管道连接时，需先将铺设塔顶端的滑轮组511旋转至工作位置，并将张紧器打开，然后将管道3末端与摩擦绞车512的钢缆末端的吊钩相连，在绞车的拉力下将管道末端的法兰缓缓下放至第一夹持组件41上，绞车吊钩松开后，按照上面铺管准备工作将下一根管道引导至工作位置，在张紧器22的作用下与第一夹持组件41上的管道对接，此时可执行管道3连接作业。在管道3连接完成后，第一夹持组件41打开，铺设继续。

弃管/收管工作：在海上气象条件不允许、铺设设备故障等情况下，需要将柔性管道弃置到海底，等待条件允许时继续铺设。收弃管作业中用到的设备有储存绞车513、摩擦绞车512、滑轮组511和ROV。弃管时需将铺设塔架10顶端的滑轮组511旋转至工作位置，用摩擦绞车512钢缆末端的吊钩连接管道3，将管道3缓缓下放至海中，松开吊钩，回收钢缆；收管时，需将钢缆和吊钩下放至弃管处，使用ROV将吊钩与管道3相连，最后缓缓将管道3末端提升至铺管船上。

综上所述，本发明深水柔性海底管道铺设塔系统实现了模块化，便于安装，通过铰接安装便能安装在铺管船上。此外，所述深水柔性海底管道铺设塔系统能够铺设4英寸到20英寸不同管径的柔性管道，且能够铺设3000米深的海底管道，能够适应四级海况。本发明结构合理，功能齐全，能够安全高效的实现上管，铺管，以及在特殊情况下的弃/收管作业。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种深水柔性海底管道的铺设装置，其特征在于，包括：

可转动地设置在铺管船(2)的甲板(202)上的铺设塔架(10)；

沿竖直方向设置在所述铺设塔架(10)上的至少一个张紧机构(20)；

与所述张紧机构(20)相对地设置在所述甲板(202)的侧壁上用于对管道(3)进行夹紧避免其晃动的悬挂夹具(40)；所述悬挂夹具(40)包括第一夹持组件(41)以及第二夹持组件(42)；所述第一夹持组件(41)的工作轴线与所述第二夹持组件(42)的工作轴线重合；

两端分别与所述铺设塔架(10)和所述甲板(202)连接用于调节所述铺设塔架(10)之角度的至少一个角度调整机构(30)；每个所述角度调整机构(30)包括大支撑杆(31)、小支撑杆(32)、至少一个第一驱动机构(33)、第一滑块(34)、第二滑块(35)、第一插销(36)、以及第二插销(37)；所述大支撑杆(31)的一端与所述铺设塔架(10)连接；所述小支撑杆(32)可伸缩地设置在所述大支撑杆(31)中，且伸出所述大支撑杆(31)与所述甲板(202)连接；所述至少一个第一驱动机构(33)与所述大支撑杆(31)和小支撑杆(32)连接以驱动所述小支撑杆(32)伸缩；所述第一滑块(34)套设在所述大支撑杆(31)上；所述第二滑块(35)可滑动地套设在所述小支撑杆(32)；所述第一插销(36)可拆卸地穿入所述第一滑块(34)和所述大支撑杆(31)以连接固定所述大支撑杆(31)和所述小支撑杆(32)；所述第二插销(37)可拆卸地穿入所述第二滑块(35)以插入所述小支撑杆(32)中对所述小支撑杆(32)进行定位；所述至少一个第一驱动机构(33)设置在所述第一滑块(34)和所述第二滑块(35)之间，且分别与所述第一滑块(34)和所述第二滑块(35)连接，以带动所述第二滑块(35)滑动，进而带动所述小支撑杆(32)伸缩；

安装在所述铺设塔架(10)和所述甲板(202)上用于辅助铺管、弃管或者收管操作的辅助操作机构(50)；

安装在所述甲板上以及所述铺设塔架的上部以将所述管道引导至所述张紧机构并穿过所述张紧机构设置的管道引导机构(60)；所述管道引导机构(60)包括管线对中器(62)。

2.根据权利要求1所述的深水柔性海底管道的铺设装置，其特征在于，所述第一夹持组件(41)夹设在相互拼接且相邻设置的两个管道(3)之间，且位于所述两个管道(3)的法兰之间；

所述第二夹持组件(42)设置在所述第一夹持组件(41)的下部以夹持所述相互拼接且相邻设置的两个管道(3)中先进入海底的管道(3)。

3.根据权利要求2所述的深水柔性海底管道的铺设装置，其特征在于，所述第一夹持组件(41)包括可开合设置的两个管卡(411)、以及驱动所述管卡(411)开合的一组第二驱动机构(412)；所述第二驱动机构(412)一端与所述管卡(411)连接，另一端与所述甲板(202)的侧壁连接；

所述第二夹持组件(42)包括可开合设置的至少一组夹持机构；每组所述夹持机构包括可开合设置的两个卡具(421)、以及驱动所述卡具(421)开合的一组第三驱动机构(422)；所述第三驱动机构(422)一端与所述卡具(421)连接，另一端与所述甲板(202)的侧壁连接。

4.根据权利要求1所述的深水柔性海底管道的铺设装置，其特征在于，所述铺设塔架(10)包括第一立柱(11)、第二立柱(12)、第一横梁(13)以及第二横梁(14)；

所述第一立柱(11)和所述第二立柱(12)间隔且并排设置；所述第一横梁(13)和所述第二横梁(14)并排且间隔设置所述第一立柱(11)和所述第二立柱(12)之间分别与该第一立柱(11)和所述第二立柱(12)连接；

所述第一立柱(11)和所述第二立柱(12)与所述甲板(202)之间均通过设置铰接结构可转动连接；

所述至少一个张紧机构(20)设置在所述第一横梁(13)和所述第二横梁(14)之间；

所述张紧机构(20)包括设置在所述第一横梁(13)和所述第二横梁(14)之间且两端分别与所述第一横梁(13)和所述第二横梁(14)连接的支架(21)、以及安装在所述支架(21)上的张紧器(22)。

5.根据权利要求4所述的深水柔性海底管道的铺设装置，其特征在于，所述辅助操作机构(50)包括A&R组件、塔顶吊机(52)、以及塔底梁吊组件(53)；

所述A&R组件安装在所述铺设塔架(10)和所述甲板(202)上；

所述塔顶吊机(52)安装在所述第一横梁(13)的顶部；

所述塔底梁吊组件(53)包括并排且间隔设置的两个梁吊件；所述两个梁吊件间隔设置在所述第二横梁(14)的侧壁上。

6.根据权利要求5所述的深水柔性海底管道的铺设装置，其特征在于，所述A&R组件包括滑轮组(511)、摩擦绞车(512)、以及储存绞车(513)；

所述滑轮组(511)安装在所述第一横梁(13)的顶部且与所述塔顶吊机(52)间隔设置；

所述摩擦绞车(512)安装在所述第一立柱(11)下部且位于所述第一立柱(11)与所述梁吊件相背设置的一侧；

所述储存绞车(513)安装在所述甲板(202)上。

7.根据权利要求1所述的深水柔性海底管道的铺设装置，其特征在于，所述管道引导机构(60)包括曲率调整轮(61)、以及甲板补偿器(63)；

所述曲率调整轮(61)安装在所述铺设塔架(10)的顶部；所述管线对中器(62)设置在所述铺设塔架(10)上且位于所述曲率调整轮(61)和所述张紧机构(20)之间；

所述甲板补偿器(63)安装在所述甲板(202)上；

所述张紧机构(20)工作时，所述曲率调整轮(61)、所述管线对中器(62)、所述张紧机构(20)以及所述悬挂夹具(40)的轴线重合。

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