CN111101947B - 不同水深级别深海采矿的硬管系统角度偏移补偿装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不同水深级别深海采矿的硬管系统角度偏移补偿装置，该装置包括下基座、联动控制油缸、上基盘、管道夹持机构；各个油缸上分别设有位移传感器、压力传感器，位移传感器、压力传感器分别用于实时测量其对应油缸的位移和压力，所述位移传感器、压力传感器的电信号输出到外部伺服系统。本发明可用于在不同水深级别深海采矿的硬管系统受海浪、洋流等因素影响发生角度偏移时，对硬管系统进行相应的角度被动补偿，以避免硬管失效破坏。
Description
技术领域
本发明涉及深海采矿领域，具体涉及一种适用于深海采矿不同水深级别的硬管系统角度偏移补偿装置。
背景技术
深海采矿工程作为一个复杂的系统工程，融合了多项学科、多个领域的多种技术和设备。水面支持系统作为深海采矿工程的重要组成部分，涉及的各型设备众多。硬管系统是水面支持系统涉及到的重要设备之一，其悬挂于采矿船下方，布放至水下数百米至数千米，是连接水下采矿车、软管、中继站以及提升泵等水下设备的关键部件，其主要功能是提供矿浆输送通道，承载水下设备的布放、回收，以及水下设备脐带缆的固定。因此，硬管系统是水面支持系统中十分重要的一环，硬管系统是否能安全可靠的工作，关系到整个采矿工程是否能顺利进行。但在实际采矿过程中，硬管系统在海浪、洋流等因素的影响下可能会发生偏移以致硬管失效破坏，从而对给整个采矿工程带来不利影响。
目前，在海洋石油钻井工程方面，已有的管道角度偏移补偿装置，其作业区域仅适用于特定水深，即硬管布放到一定深度时，该装置才能对硬管系统的角度偏移进行补偿，无法对硬管在不同水深情况下的角度偏移进行补偿。基于上述情况，需要设计一种能适应不同水深级别的硬管系统角度偏移补偿装置，对不同水深级别的深海采矿的硬管系统进行角度偏移补偿，以保证硬管系统安全可靠的工作，提高整个采矿工程的可靠性和安全性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种不同水深级别深海采矿的硬管系统角度偏移补偿装置，对不同水深级别的深海采矿的硬管系统进行角度偏移补偿，以保证硬管系统安全可靠的工作。
为解决上述技术问题，本发明不同水深级别深海采矿的硬管系统角度偏移补偿装置，包括下基座、联动控制油缸、上基盘、管道夹持机构；
所述下基座与所述上基盘底面配合，用于承受硬管系统及其他水下设备的全部重量；下基盘上设有联动控制油缸的安装基座；
上基盘上表面为平面，中间开通孔，孔内设有硬管夹持机构的安装接口，上基盘表面周围设有联动控制油缸的活塞杆安装座；
所述联动控制油缸包括多个油缸，每个油缸的缸体分别与安装基座连接，每个油缸活塞杆分别通过关节轴承与活塞杆安装座连接；所述各个油缸上分别设有位移传感器、压力传感器，位移传感器、压力传感器分别用于实时测量其对应油缸的位移和压力，所述位移传感器、压力传感器的电信号输出到外部伺服系统。
所述硬管夹持结构为一个手动机械装置，主要由夹持机构本体和卡瓦组成；所述夹持机构中间设有喇叭形通道，方便管道通过；卡瓦由若干个带内齿的楔形卡块组成，硬管外壁由卡瓦抱住后，放入夹持机构本体喇叭形通道内，在硬管自重的作用下，喇叭形通道挤压卡瓦，卡瓦与管道产生的内摩擦可实现对管道的夹持与固定。
所述上基盘底面为凸球面，所述下基座内部设有凹球面，上基盘底面的凸球面与下基座凹球面相配合。
所述下基盘上设有用于限制所述上基盘角度偏转范围的角度偏转限制器，使上基盘底面在下基座凹球面上一定角度范围内进行偏转。
有益效果：
采用上述技术方案可保证在不同水深级别的深海采矿作业过程中，当硬管系统受海浪、洋流影响发生偏移时，角度偏移补偿装置对硬管系统进行被动补偿，避免硬管系统失效损坏，提升了硬管系统的可靠性及稳定性，从而保证了深海采矿作业的顺利进行。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。
图1为硬管系统角度偏移补偿装置结构图；
图2是硬管系统角度补偿装置对硬管进行角度补偿时的结构图。
具体实施方式
一种适用于深海采矿不同水深级别的硬管系统角度偏移补偿装置，主要包括下基座1、联动控制油缸2、上基盘3以及管道夹持机构4。
下基座内部设有凹球面，与上基盘底面配合，可承受硬管系统及其他水下设备的全部重量。下基盘上设有联动控制油缸的安装基座以及上基盘的角度偏转限制器，上基盘底面可在下基座凹球面上一定角度范围内进行偏转，满足上基盘角度偏移性能要求。
上基盘底面为凸球面，与下基座凹球面相配合。上基盘上表面为平面，中间开通孔，设有硬管夹持机构的安装接口，上基盘表面周围设有联动控制油缸的活塞杆安装座。在联动控制油缸驱动下，上基盘可实现角度偏移和恢复水平动作。
硬管夹持结构为一个手动机械装置，主要由夹持机构本体和卡瓦组成。夹持机构中间设有喇叭形通道，方便管道通过；卡瓦由5个带内齿的楔形卡块组成，硬管外壁由卡瓦抱住后，放入夹持机构本体喇叭形通道内，在硬管自重的作用下，喇叭形通道挤压卡瓦，卡瓦与管道产生的内摩擦可实现对管道的夹持与固定。
联动控制油缸作为本装置的执行元件，油缸缸体与下基座连接，油缸活塞杆与上基盘连接，上述连接结构中设有关节轴承，可适应上基盘角度偏移的位移需求。
角度偏移控制伺服系统根据水下硬管长度范围，预设油缸的压力传感器的临界值，当硬管未受到较大弯矩，角度偏移控制伺服系统将保持上基盘与船体的相对稳定；当油缸压力超过预设的临界值时，角度偏移控制伺服系统驱动各油缸分别运动，使上基盘随硬管角度偏移的方向运动，以实现被动补偿。当油缸压力小于临界值时，角度偏移控制伺服系统驱动各油缸运动，使上基盘缓慢恢复至初始状态。
在深海采矿工程中，硬管对接和拆卸时，硬管系统悬挂于管道夹持机构4上，当水下硬管系统受到海浪、洋流的影响而相对采矿母船发生角度偏移时，此时油缸压力超过临界值，角度偏移补偿装置通过控制系统基于当前联动控制油缸2压力及位移量，来调整各个油缸活塞杆的伸缩动作，实现对硬管系统角度偏移的被动补偿，使硬管系统始终与上基盘3和管道夹持机构4保持相对垂直，有效减少硬管局部弯曲应力，避免硬管系统损坏。当海况趋于平静时，油缸压力小于临界值，角度偏移补偿装置将驱动联动控制油缸2，使硬管系统缓慢恢复至初始状态。
不同于石油钻井平台上所用的硬管偏移角度补偿装置只能实现单一特定水深的补偿功能，本发明可对不同水深硬管系统进行角度偏移补偿，如水深500米、1000米以及3500米等，根据硬管系统的水深范围，预设联动控制油缸2压力传感器的临界值，来满足当前水深范围内的硬管布放回收工作，提高水面布放回收系统的可靠性，保证深海采矿工程在不同水深情况下的采矿作业正常进行。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种不同水深级别深海采矿的硬管系统角度偏移补偿装置，其特征在于，包括下基座、联动控制油缸、上基盘、管道夹持机构；
所述下基座与所述上基盘底面配合，用于承受硬管系统及其他水下设备的全部重量；下基盘上设有联动控制油缸的安装基座；
上基盘底面为凸球面，与下基座凹球面相配合；下基盘上设有联动控制油缸的安装基座以及上基盘的角度偏转限制器，上基盘底面可在下基座凹球面上一定角度范围内进行偏转，满足上基盘角度偏移性能要求；
上基盘上表面为平面，中间开通孔，孔内设有硬管夹持机构的安装接口，上基盘表面周围设有联动控制油缸的活塞杆安装座；
所述联动控制油缸包括多个油缸，每个油缸的缸体分别与安装基座连接，每个油缸活塞杆分别通过关节轴承与活塞杆安装座连接；所述各个油缸上分别设有位移传感器、压力传感器，位移传感器、压力传感器分别用于实时测量其对应油缸的位移和压力，所述位移传感器、压力传感器的电信号输出到外部伺服系统。
2.根据权利要求1所述的不同水深级别深海采矿的硬管系统角度偏移补偿装置，其特征在于，所述硬管夹持结构为一个手动机械装置，主要由夹持机构本体和卡瓦组成；所述夹持机构中间设有喇叭形通道，方便管道通过；卡瓦由若干个带内齿的楔形卡块组成，硬管外壁由卡瓦抱住后，放入夹持机构本体喇叭形通道内，在硬管自重的作用下，喇叭形通道挤压卡瓦，卡瓦与管道产生的内摩擦可实现对管道的夹持与固定。
3.根据权利要求2所述不同水深级别深海采矿的硬管系统角度偏移补偿装置，其特征在于，所述上基盘底面为凸球面，所述下基座内部设有凹球面，上基盘底面的凸球面与下基座凹球面相配合。
4.根据权利要求3所述不同水深级别深海采矿的硬管系统角度偏移补偿装置，其特征在于，所述下基盘上设有用于限制所述上基盘角度偏转范围的角度偏转限制器，使上基盘底面在下基座凹球面上一定角度范围内进行偏转。
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