CN111140234B - 一种适用于深海采矿的管船联接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及深海采矿领域的一种适用于深海采矿的管船联接方法。以球接头、伸缩装置及调整短节组成管船联接装置，补偿波浪产生的管道升沉位移和角位移。卡盘作为下放和提升输送硬管过程中水下输送系统悬挂承载体。升沉补偿系统降低恶劣海况下重载系统升沉运动冲击载荷对水面支持平台的影响，保持矿浆输送相对稳定，减缓水下输送系统疲劳损伤和动态压缩风险，提升整体作业安全性。液压控制系统为管船联接装置提供动力源。本发明克服了深海采矿作业过程中升沉补偿系统硬管水平方向无限制情况下漂移触碰月池问题；规避了矿浆输送软管在底座平台下方对接和构型、试验环节风险；具备双重安全保障，应急状态下可快速切换回收，便于海上布放回收作业。
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的管船联接方法。
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。采矿船甲板布置众多水面支持系统设备，是布放回收采矿车、软管、输送硬管、中继站及提升泵的采矿设备的支持平台。硬管系统悬挂于采矿船下方，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。
在采矿作业过程中，水下洋流作用会使硬管产生角度偏移及升沉位移，管道在水下洋流作用下被挤压而折弯或者产生裂缝。隔水管工程上为解决该问题有软管连接方案，采用该方案时，矿浆输出在底座下方；软管在月池上方完成与硬管末端的联接和构型；配备辅助吊装硬管，在月池上方完成与硬管末端联接和拆卸。该方案主要存在以下问题：无法限制硬管的水平位移；需要进行软管构型(设计选型)、软管输送试验；载人吊篮/维护篮作业范围和空间需要避免与钢丝绳干涉；月池开口上方作业风险较大；布放回收工艺流程较复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于深海采矿的管船联接方法，解决深海采矿工程作业过程中硬管由于水下洋流作用产生的角度偏移及升沉位移，导致硬管被挤压而折弯或者产生裂缝的问题，以保证整个采矿工程安全可靠的进行。
为解决上述技术问题，本发明包括以下步骤：在月池上方底座平台上利用立管下入工具下放伸缩装置，连接伸缩装置与最后一根硬管；下放伸缩装置至伸缩装置的承重台肩稍高于卡盘上端面，卡盘闭合，下放伸缩装置使卡盘承重；
利用提升系统下放调整短节，将调整短节与伸缩装置连接，提升系统提起调整短节，打开卡盘，下放调整短节至硬管承重台肩稍高于卡盘上端面，卡盘闭合，下放调整短节使卡盘承重；
下放球接头，连接球接头与调整短节；
提升系统提起管串，打开卡盘，使伸缩装置下放至升沉补偿装置打开位置后，锁紧卡盘；将升沉补偿钢丝绳与伸缩装置的张紧环相连，连接伸缩装置的锁紧总成的液压管线、密封总成的液压管线到液压控制系统；
打开伸缩装置的锁紧机构，解锁伸缩装置的内、外筒；
提升球接头，至球接头卡紧位置，闭合卡盘，将球接头放置在卡盘上，锁紧卡盘与球接头，伸缩装置密封打压，实现对内部流体的动态密封。
更优的，打开升沉补偿系统，调整升沉补偿系统使之能够承受既定的硬管管串重量；
伸缩装置下放时，伸缩装置的内、外筒处于锁紧状态。
锁紧卡盘与球接头，伸缩装置密封打压后，整个系统进入升沉补偿状态。
采用上述技术方案克服深海采矿作业过程中升沉补偿系统硬管水平方向无限制情况下漂移触碰月池问题；矿浆输送接口固定在底座上方，方便软管对接；规避了矿浆输送软管在底座下方对接和构型、实验室试验等环节风险；具备双重安全保障，应急状态下可快速切换回收，便于海上布放回收作业。
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为本发明的深海采矿的管船联接过程中，伸缩装置锁紧状态下的布放状态图。
图2为本发明的深海采矿的管船联接完成，伸缩装置打开，进入补偿状态图。
具体实施方式
结合图1、图2所示，本发明提出的适用于深海采矿的管船联接方法，涉及的硬件及系统包括球接头1，调整短节2，伸缩装置3，卡盘4，升沉补偿系统5、液压控制系统6，立管下入工具，提升系统。其中，球接头1、伸缩装置2及调整短节3组成管船联接装置，以补偿波浪产生的管道升沉位移和角位移。在下放和提升输送硬管过程中，卡盘4作为水下输送系统悬挂承载体。升沉补偿系统5可降低恶劣海况下输送硬管等重载系统升沉运动冲击载荷对水面支持平台的影响，保持水下中继站相对海底位置稳定，矿浆输送相对稳定，减缓水下输送系统疲劳损伤和动态压缩风险，提升整体作业安全性。液压控制系统6为管船联接装置提供动力源。
球接头，为现有市面可采购产品，包括上下法兰、壳体、芯轴总成、支撑座。球接头通过台肩悬挂固定在卡盘上，下接调整短节，其主壳体的上部法兰与平台上的软管连接，其下法兰与硬管系统硬管连接，且下法兰与心轴焊后组成心轴总成。在采矿作业时，当硬管因受波浪、洋流等海洋环境作用而偏转或采矿船漂移/摇摆引起的管道角度偏移时，管柱将带动心轴总成沿球面自由转动，球接头充当了弹性转角约束，允许二者发生一定的相对角度位移，减小接触位置的应力，从而改善或抵消管柱上部的弯曲应力，确保硬管与平台的有效联接，保证矿浆输送顺利实现。
伸缩装置，为现有市面可采购产品，包括上下部接头、内外筒、密封总成、锁紧总成、张紧环等。伸缩装置在下放时，内外筒处于收缩和锁紧状态，在船上比较容易装卸和起吊。在伸缩装置下放并完成与升沉补偿系统联接后，通过操作液压控制系统完成伸缩装置内、外筒液压解锁，此时伸缩装置内外筒脱离后开始工作，实现行程补偿功能，安装到位后向密封总成驱动筒打压可实现对内部流体的动态密封。
升沉补偿系统，包括油缸系统、液压系统、空气系统、电控系统等。升沉补偿系统可降低恶劣海况下输送硬管等重载系统升沉运动冲击载荷对水面支持平台的影响，保持水下中继站相对海底位置稳定，矿浆输送相对稳定，减缓水下输送系统疲劳损伤和动态压缩风险，提升整体作业安全性。
具体联接方法的步骤为：
月池上方底座平台上利用立管下入工具下放伸缩装置，连接伸缩装置与最后一根硬管；下放伸缩装置至伸缩装置的承重台肩稍高于卡盘上端面，卡盘闭合，下放伸缩装置使卡盘承重；伸缩装置下放时，伸缩装置的内、外筒处于锁紧状态；
利用提升系统下放调整短节，将调整短节与伸缩装置连接，提升系统提起调整短节，打开卡盘，下放调整短节至硬管承重台肩稍高于卡盘上端面，卡盘闭合，下放调整短节使卡盘承重；
下放球接头，连接球接头与调整短节；
提升系统提起管串，打开卡盘，使伸缩装置下放至升沉补偿装置打开位置后，锁紧卡盘；将升沉补偿钢丝绳与伸缩装置的张紧环相连，连接伸缩装置的锁紧总成的液压管线、密封总成的液压管线到液压控制系统；
调整升沉补偿系统使之能够承受既定的硬管管串重量；
在伸缩装置下放并完成与升沉补偿联接后，在底座平台上通过操作液压控制系统打开伸缩装置的锁紧总成，解锁伸缩装置的内、外筒；
提升球接头，至球接头卡紧位置，闭合卡盘，将球接头放置在卡盘上，锁紧卡盘与球接头，伸缩装置密封打压，实现对内部流体的动态密封。
锁紧卡盘与球接头，伸缩装置密封打压后，整个系统进入升沉补偿状态。
在采矿作业时，矿浆输送接口固定在底座平台上方，方便软管对接。当硬管因受波浪、洋流等海洋环境作用而偏转或采矿船漂移/摇摆引起的管道角度偏移时，管柱将带动芯轴总成沿球面自由转动，球接头充当了弹性转角约束，允许二者发生一定的相对角度位移，减小接触位置的应力，从而改善或抵消管柱上部的弯曲应力，确保硬管与平台的有效联接，保证矿浆输送顺利实现。
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 (3)
1.一种适用于深海采矿的管船联接方法，其特征在于，包括以下步骤：
在月池上方底座平台上下放伸缩装置，连接伸缩装置与最后一根硬管；下放伸缩装置至伸缩装置的承重台肩稍高于卡盘上端面，卡盘闭合，下放伸缩装置使卡盘承重；
利用提升系统下放调整短节，将调整短节与伸缩装置连接，提升系统提起调整短节，打开卡盘，下放调整短节至硬管承重台肩稍高于卡盘上端面，卡盘闭合，下放调整短节使卡盘承重；
下放球接头，连接球接头与调整短节；
提升系统提起管串，打开卡盘，使伸缩装置下放至升沉补偿系统打开位置后，锁紧卡盘；将升沉补偿钢丝绳与伸缩装置的张紧环相连，连接伸缩装置的锁紧总成的液压管线、密封总成的液压管线到液压控制系统；
打开伸缩装置的锁紧机构，解锁伸缩装置的内、外筒；
提升球接头，至球接头卡紧位置，闭合卡盘，将球接头放置在卡盘上，锁紧卡盘与球接头，伸缩装置密封打压，实现对内部流体的动态密封。
2.根据权利要求1所述的适用于深海采矿的管船联接方法，其特征在于，打开所述升沉补偿系统，调整升沉补偿系统使之能够承受既定的硬管管串重量。
3.根据权利要求2所述的适用于深海采矿的管船联接方法，其特征在于，所述伸缩装置下放时，伸缩装置的内、外筒处于锁紧状态。
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