CN112127892A - 一种用于深海采矿船的管船联接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于深海采矿船的管船联接装置，包括带有至少四个支腿的矩形底座，底座中部本体安装有支撑盘，支撑盘内安装有补心A，补心A内安装有补心B，补心B顶部设置有压紧组件，压紧组件内设置有球型接头，球型接头与补心B为滑动设置，球型接头顶部设置有下入工具，球型接头底部设置有伸缩组件，伸缩组件连接有至少8条钢丝绳，8条钢丝绳通过至少8个导向轮对应缠绕在至少8个钢丝绳式张紧器上。本发明一种用于深海采矿船的管船联接装置，解决了现有技术中存在的扬矿管道与水面母船工作平台连接不稳定的问题。

Description

一种用于深海采矿船的管船联接装置

技术领域

本发明属于深海采矿工程装备技术领域，具体涉及一种用于深海采矿船的管船联接装置。

背景技术

目前，较好的深海采矿方法是流体采矿法，从采矿船上将一根提升管伸到海底沉积物表面，管的末端连接集矿装置，金属结核通过装在输送管上的高压离心泵或船上的空压机沿管道被升举到船上。由于海洋环境的特殊性，深海采矿管道容易遭受潮流、风浪及惯性力等影响。而将长达几千米的海底矿浆输送管道连接到水面工作母船上，且在扬矿作业过程中确保扬矿管道与母船的安全可靠连接，一直都是深海采矿中的技术难题。

故此，设计一种连接深海采矿系统中扬矿管道与水面母船工作平台的可靠装置是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于深海采矿船的管船联接装置，解决了现有技术中存在的扬矿管道与水面母船工作平台连接不稳定的问题。

本发明所采用的一种技术方案是，一种用于深海采矿船的管船联接装置，包括带有至少四个支腿的矩形底座，底座中部本体安装有支撑盘，支撑盘内安装有补心A，补心A内安装有补心B，补心B顶部设置有压紧组件，压紧组件内设置有球型接头，球型接头与补心B为滑动设置，球型接头顶部设置有下入工具，球型接头底部设置有伸缩组件，伸缩组件连接有至少8条钢丝绳，8条钢丝绳通过至少8个导向轮对应缠绕在至少8个钢丝绳式张紧器上；

8个钢丝绳式张紧器固接在底座相对的两个侧面，且沿底座的对称轴均匀分布，8个导向轮沿底座的对称轴均匀固接在其底部，穿过底座中心的同一直线上的2个钢丝绳式张紧器之间沿直线设置2个导向轮。

本发明的特点还在于：

伸缩组件包括伸缩连接的内筒和外筒，外筒的顶部沿其周向均匀设置有至少8个张紧环，每个张紧环连接有钢丝绳，内筒的顶部设置有液压锁紧机构。

球型接头包括心轴总成，心轴总成顶部外侧设置有主壳体，心轴总成底部与内筒相连接，主壳体通过法兰连接有悬挂短节，悬挂短节顶部外侧设置有凸台，凸台卡设于压紧组件；心轴总成与主壳体为球铰连接。

压紧组件包括压板，压板底部设置有支撑台，支撑台沿周向均匀设置有至少4对耳板A，支撑盘沿周向均匀设置有至少4个耳板B，每一个耳板B位于每对耳板A中间，支撑台和支撑盘通过销轴穿过耳板B和耳板A连接；压板和支撑台中心均设置有通孔，通孔内设置悬挂短节，压板和支撑台均为两瓣式结构，且均设置有与凸台相匹配的圆环凹槽，凸台安装于压板和支撑台的圆环凹槽。

压板和支撑台相对设置有螺栓孔，压板和支撑台通过螺栓连接。

内筒顶端通过法兰连接有调整短节，调整短节顶端通过法兰连接有心轴总成，悬挂短节依次通过补心B、支撑台和压板且伸出底座，悬挂短节与下入工具为法兰连接。

下入工具为圆筒状，下入工具上部外侧设置有凸起。

液压锁紧机构为锁紧液缸。

本发明的有益效果是：

本发明一种用于深海采矿船的管船联接装置，可解决深海作业海况环境带来的升沉、摇摆等问题，实现扬矿管道与水面母船工作平台的柔性连接；本发明一种用于深海采矿船的管船联接装置，安全、可靠，可以实现矿浆从海底到母船工作平台的连续稳定输送。

附图说明

图1是本发明一种用于深海采矿船的管船联接装置的结构示意图；

图2是本发明一种用于深海采矿船的管船联接装置中伸缩组件打开后的主视图；

图3是本发明一种用于深海采矿船的管船联接装置中伸缩组件打开后的左视图；

图4是本发明一种用于深海采矿船的管船联接装置的俯视图；

图5是本发明一种用于深海采矿船的管船联接装置中球型接头和压紧组件的剖视图。

图中，1.伸缩组件，1-1.外筒，1-2.内筒，1-3.张紧环，1-4.液压锁紧机构，2.调整短节，3.球型接头，3-1.心轴总成，3-2.主壳体，3-3.悬挂短节，3-4.凸台，4.压紧组件，4-1.压板，4-2.支撑台；

5.下入工具，6.底座，7.钢丝绳，8.导向轮，9.钢丝绳式张紧器，10.支撑盘，11.补心A，12.补心B。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种用于深海采矿船的管船联接装置，结构如图1所示，包括带有至少四个支腿的矩形底座6，底座6中部本体安装有支撑盘10，支撑盘10内安装有补心A11，补心A11内安装有补心B12，补心B12顶部设置有压紧组件4，压紧组件4内设置有球型接头3，球型接头3与补心B12为滑动设置，球型接头3顶部设置有下入工具5，球型接头3底部设置有伸缩组件1，伸缩组件1连接有至少8条钢丝绳7，8条钢丝绳7通过至少8个导向轮8对应缠绕在至少8个钢丝绳式张紧器9上；

8个钢丝绳式张紧器9固接在底座6相对的两个侧面，且沿底座6的对称轴均匀分布，8个导向轮8沿底座6的对称轴均匀固接在其底部，穿过底座6中心的同一直线上的2个钢丝绳式张紧器9之间沿直线设置2个导向轮8，如图4所示。

其中，支撑盘10为495支撑盘，补心A11为495补心，补心B12为375补心。支撑盘10、补心A11和补心B12使外筒1-1以上部分的管串重量传递到底座6上，保证了整个系统的稳定可靠连接；支撑盘10中间通孔直径需满足伸缩组件1的提升和下放；补心B12和补心A11用于球型接头3、压紧组件4与底座6连接的过渡装置，使得成为一个整体。

优选地，如图2、3所示，伸缩组件1包括伸缩连接的内筒1-2和外筒1-1，外筒1-1的顶部沿其周向均匀设置有至少8个张紧环1-3，每个张紧环1-3连接有钢丝绳7，内筒1-2的顶部设置有液压锁紧机构1-4。液压锁紧机构1-4为锁紧液缸。当输入高压液体时，液压锁紧机构1-4推动横向的活塞压缩弹簧使活塞缩回，这时，外筒1-1和内筒1-2脱开；当液体泄压时，横向活塞在弹簧的作用下伸出，使外筒1-1和内筒1-2固定。

优选地，如图5所示，球型接头3为球铰结构，球型接头3包括心轴总成3-1，心轴总成3-1顶部外侧设置有主壳体3-2，心轴总成3-1底部与内筒1-2相连接，主壳体3-2通过法兰连接有悬挂短节3-3，悬挂短节3-3顶部外侧设置有凸台3-4，凸台3-4卡设于压紧组件4，心轴总成3-1与主壳体3-2为球铰连接。球型接头3通过压紧组件4卡在底座6的台面中心位置。其中，心轴总成3-1可在球型接头3的主壳体3-2中转动，并可偏转一定角度，角度值的大小可根据作业海况进行确定。通过心轴总成3-1在主壳体3-2中摆动来克服船体摇摆运动所带来的管道摇摆运动，从而保持管道与母船联接的稳定状态，确保扬矿通道连续、稳定。

优选地，压紧组件4包括压板4-1，压板4-1底部设置有支撑台4-2，支撑台4-2沿周向均匀设置有至少4对耳板A，支撑盘10沿周向均匀设置有至少4个耳板B，每一个耳板B位于每对耳板A中间，支撑台4-2和支撑盘10通过销轴穿过耳板B和耳板A连接；

压板4-1和支撑台4-2中心均设置有通孔，通孔内设置悬挂短节3-3，压板4-1和支撑台4-2均为两瓣式结构，且均设置有与凸台3-4相匹配的圆环凹槽，凸台3-4安装于压板4-1和支撑台4-2的圆环凹槽。压板4-1和支撑台4-2的中间通孔处设置有圆环凹槽，凹槽尺寸满足凸台3-4的安装，且有活动的空间；压板4-1可保证悬挂短节3-3不往上串动，用来抵消伸缩组件1中内筒1-2及以上部分往上运动的惯性力。

优选地，压板4-1和支撑台4-2相对设置有螺栓孔，压板4-1和支撑台4-2通过螺栓连接。

优选地，内筒1-2顶端通过法兰连接有调整短节2，调整短节2顶端通过法兰连接有心轴总成3-1，悬挂短节3-3依次通过补心B12、支撑台4-2和压板4-1且伸出底座6，悬挂短节3-3顶部设置有法兰结构，悬挂短节3-3与下入工具5为法兰连接。调整短节2为伸缩组件1和球型接头3之间的过渡短节，用来弥补管串的长度，在确保伸缩组件1的长度设置满足作业海况要求的前提下，使球型接头3位于底座6的台面中心位置。

优选地，下入工具5为圆筒状，下入工具5上部外侧设置有凸起。下入工具5主要用来提升、下放伸缩组件1和球型接头3组成的管串。下入工具5的下端为法兰结构，方便与球型接头3顶部连接，上端为凸起结构，方便液压吊卡的卡持。

悬挂短节3-3和调整短节2为两端设置法兰的圆筒结构。

本发明一种用于深海采矿船的管船联接装置，其工作原理如下：

将本发明用于深海采矿船的管船联接装置安装到母船上，外筒1-1的底端设置有法兰，且与扬矿管道相连接；当船体随波浪向上运动时，钢丝绳式张紧器9、导向轮8、调整短节2、球型接头3、压紧组件4、支撑盘10、补心A11、补心B12随同底座6向上运动，此时，内筒1-2在调整短节2的作用下，在外筒1-1的内部向上运动；同时钢丝绳式张紧器9的上部动滑轮向下运动，使得钢丝绳7与张紧环1-3连接处没有升沉运动，从而保证外筒1-1下部连接的扬矿管道在垂直方向的位置相对静止；

当船体随波浪向下运动时，钢丝绳式张紧器9、导向轮8、调整短节2、球型接头3、压紧组件4、支撑盘10、补心A11、补心B12随同底座6向下运动，此时，伸缩组件1的内筒1-2在调整短节2的作用下，在外筒1-1的内部向下运动，同时钢丝绳式张紧器9的上部动滑轮向上运动，使得钢丝绳7与张紧环1-3连接处没有升沉运动，从而保证外筒1-1下部连接的扬矿管道在垂直方向的位置相对静止；

当船体随波浪摇摆运动时，压紧组件4、支撑盘10、补心A11、补心B12、悬挂短节3-3、主壳体3-2随底座6作摇摆运动。此时，心轴总成3-1在主壳体3-2中转动，从而保持心轴总成3-1的下部管串处于相对静止状态。

本发明通过钢丝绳式张紧器9收放钢丝绳7来抵消海浪引起母船升沉运动所带来的扬矿管道的上下运动，从而保持外筒1-1及其下部管道的稳定状态；母船升沉运动时内筒1-2可在外筒1-1内上下运动，从而保持扬矿通道连续、稳定；伸缩组件1的外筒1-1和内筒1-2长度可根据作业海况进行确定，确保内筒1-2不会从外筒1-1中脱离出来，不工作时可通过液压锁紧机构1-4进行锁紧；若其中任意一只钢丝绳式张紧器9故障，都可将其对称位置的另一只钢丝绳式张紧器9关闭，剩下的钢丝绳式张紧器9、导向轮8和钢丝绳7同样可以对伸缩组件1的外筒1-1的上部进行张紧，从而确保管道与母船平台的连接张紧稳定、可靠。

本发明的一种管船联接装置的安装过程如下：

1)首先，将495支撑盘10安装在底座6平台的中心位置，补心B12、补心A11、压紧组件4待用；

2)采用伸缩组件1的液压锁紧机构1-4将外筒1-1和内筒1-2锁紧，然后将内筒1-2与调整短节2连接好，在调整短节2的顶部安装下入工具5；

3)提起下入工具5所组成的管串，从支撑盘10的中心孔下入，直到调整短节2的顶部伸出底座6台面1.2米时停止下放，安装液压卡瓦，卡瓦卡持整个管串；

4)拆除下入工具5，再将下入工具5连接到球型接头3顶部；提起下入工具5所组成的管串与底座6台面中心的调整短节2进行对接；

5)再次提起整个管串，取出液压卡瓦，然后下放整个管串，直到球型接头3上的凸台3-4接近底座6台面时停止下放；

6)将已经连接在钢丝绳式张紧器9的每一根钢丝绳7分别绕过与其相对应的导向轮8连接到张紧环1-3上，共八处；

7)对钢丝绳式张紧器9的附属设备储气瓶逐渐加压，使管串的重量完全由钢丝绳7承受，然后解锁伸缩组件1的液压锁紧机构1-4；

8)提起下入工具5所组成的管串，使伸缩组件1处于中位(内筒1-2伸出外筒1-1一半的位置)，球型接头3上的凸台3-4接近底座6台面位置，然后安装补心A11、补心B12和支撑台4-2，使球型接头3上的凸台3-4坐在支撑台4-2上，然后安装压板4-1，完成管船联接装置的安装。

Claims (8)

1.一种用于深海采矿船的管船联接装置，其特征在于，包括带有至少四个支腿的矩形底座(6)，所述底座(6)中部本体安装有支撑盘(10)，所述支撑盘(10)内安装有补心A(11)，所述补心A(11)内安装有补心B(12)，所述补心B(12)顶部设置有压紧组件(4)，所述压紧组件(4)内设置有球型接头(3)，所述球型接头(3)与补心B(12)为滑动设置，所述球型接头(3)顶部设置有下入工具(5)，所述球型接头(3)底部设置有伸缩组件(1)，所述伸缩组件(1)连接有至少8条钢丝绳(7)，8条所述钢丝绳(7)通过至少8个导向轮(8)对应缠绕在至少8个钢丝绳式张紧器(9)上；

8个所述钢丝绳式张紧器(9)固接在底座(6)相对的两个侧面，且沿底座(6)的对称轴均匀分布，8个所述导向轮(8)沿底座(6)的对称轴均匀固接在其底部，穿过底座(6)中心的同一直线上的2个所述钢丝绳式张紧器(9)之间沿直线设置2个导向轮(8)。

2.如权利要求1所述的一种用于深海采矿船的管船联接装置，其特征在于，所述伸缩组件(1)包括伸缩连接的内筒(1-2)和外筒(1-1)，所述外筒(1-1)的顶部沿其周向均匀设置有至少8个张紧环(1-3)，每个所述张紧环(1-3)连接有钢丝绳(7)，所述内筒(1-2)的顶部设置有液压锁紧机构(1-4)。

3.如权利要求2所述的一种用于深海采矿船的管船联接装置，其特征在于，所述球型接头(3)包括心轴总成(3-1)，所述心轴总成(3-1)顶部外侧设置有主壳体(3-2)，所述心轴总成(3-1)底部与内筒(1-2)相连接，所述主壳体(3-2)通过法兰连接有悬挂短节(3-3)，所述悬挂短节(3-3)顶部外侧设置有凸台(3-4)，所述凸台(3-4)卡设于压紧组件(4)；

所述心轴总成(3-1)与主壳体(3-2)为球铰连接。

4.如权利要求3所述的一种用于深海采矿船的管船联接装置，其特征在于，所述压紧组件(4)包括压板(4-1)，所述压板(4-1)底部设置有支撑台(4-2)，所述支撑台(4-2)沿周向均匀设置有至少4对耳板A，所述支撑盘(10)沿周向均匀设置有至少4个耳板B，每一个耳板B位于每对耳板A中间，所述支撑台(4-2)和支撑盘(10)通过销轴穿过耳板B和耳板A连接；

所述压板(4-1)和支撑台(4-2)中心均设置有通孔，所述通孔内设置悬挂短节(3-3)，所述压板(4-1)和支撑台(4-2)均为两瓣式结构，且均设置有与凸台(3-4)相匹配的圆环凹槽，所述凸台(3-4)安装于压板(4-1)和支撑台(4-2)的圆环凹槽。

5.如权利要求4所述的一种用于深海采矿船的管船联接装置，其特征在于，所述压板(4-1)和支撑台(4-2)相对设置有螺栓孔，所述压板(4-1)和支撑台(4-2)通过螺栓连接。

6.如权利要求4所述的一种用于深海采矿船的管船联接装置，其特征在于，所述内筒(1-2)顶端通过法兰连接有调整短节(2)，所述调整短节(2)顶端通过法兰连接有心轴总成(3-1)，所述悬挂短节(3-3)依次通过补心B(12)、支撑台(4-2)和压板(4-1)且伸出底座(6)，所述悬挂短节(3-3)与下入工具(5)为法兰连接。

7.如权利要求6所述的一种用于深海采矿船的管船联接装置，其特征在于，所述下入工具(5)为圆筒状，所述下入工具(5)上部外侧设置有凸起。

8.如权利要求2所述的一种用于深海采矿船的管船联接装置，其特征在于，所述液压锁紧机构(1-4)为锁紧液缸。

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