CN113494643A - 一种动态柔性管缆水中浮子及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动态柔性管缆水中浮子及其使用方法，该浮子装置包括分片纵向连接装置、端部浮力模块、调整浮力模块、外部抱箍装置、中间浮力模块、缓冲卡具、固定卡具；端部浮力模块、调整浮力模块、中间浮力模块均为耐水压发泡材质制造的半圆环形块状体，通过分片纵向连接装置连接形成半圆柱型浮力模块半瓦，通过外部抱箍装置将2个半圆柱型浮力模块半瓦固定连接于缓冲卡具外部，并通过缓冲卡具内部所设置的固定卡具与动态柔性管缆实现固定；本发明在使用过程中，通过不同浮力模块的组合，可以实现不同浮力的快速调整，可在管缆局部发生破损的情况下，对浮力模块进行单独更换修复，无需整体弃置，有效提高浮子使用的经济性。
Description
技术领域
本发明涉及一种浮力装置及其使用方法，特别是涉及一种动态柔性管缆水中浮子及其使用方法，属于海洋管缆工程技术领域。
背景技术
随着世界范围内深海资源开发的进行，各种深海装备得到广泛应用，由于深海水深较深，深海装备多以浮式结构为主，无法将这些装备固定到海床上。由于深海装备需要水上或者陆地的操作平台提供动力和控制信号，并将采集的数据反馈到操作平台上，这使得深海装备与水上平台之间需要连接大量管缆。由于浮式结构和海床固定段之间需要适应升沉以及克服波流作用，采用刚性固定的方式无法实现管缆的连接，需要采用动态柔性的管缆进行连接。在深水环境下，水下深海装备和水面浮式设备之间连接的柔性管缆距离非常长，造成水中的管缆重量很大，为了减少管缆端部的连接力，避免管缆制造过程中因克服环境因素导致的成本剧增，管缆水下安装通常采用S型的水中布置形式，通过浮力箱或者浮力块将水中管缆的重量减小。目前主要使用的是中水浮筒，采用钢制的永久浮力方式的密闭浮筒实现对管缆的水中托举，减少浮式装备上的端部连接轴向拉力。然而中水浮筒结构体积大，需要海上特殊的设备进行安装，造成整体成本高，不能适应于水深深度适中和数量少的柔性管缆的连接。
在一些深水动态柔性管缆连接的现场，有采用整体结构的浮力模块，通过将浮力材料制成两个半瓦的形式，用金属紧固带将两半的浮力块绑扎固定在柔性管缆需要浮力的位置。采用此类安装方式，浮块与夹具之间依靠强力进行固定，使得浮块一至在高应力状态下作业，不能保证长期安全稳定，极易出现高挤压力工况下高分子材料过早发生蠕变或应力松弛，造成浮力块体积变形，紧固带紧固力降低，最终使得浮块结构窜动造成失效。整体结构的浮力块需要大型的模具进行制造，模具使用的次数低，消耗大，使得在设计时必须按照一种浮力进行分析，现场安装需要严格控制安装位置精度。因此整体结构的浮块成本非常高，对于制造和安装的难度也很高。
上述的这些涉及目前海洋动态柔性管缆水中浮力装置的问题，其解决要素聚焦在如何可以根据不同的浮力需要进行灵活的配置，实现现场快速安装和水下长期稳定使用。
本专利申请正是在这一背景下提出了一种动态柔性管缆水中浮子及其使用方法。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种动态柔性管缆水中浮子及其使用方法。
本发明是由以下技术方案实现的：
一种动态柔性管缆水中浮子，包括分片纵向连接装置、端部浮力模块、调整浮力模块、外部抱箍装置、中间浮力模块、缓冲卡具、固定卡具；
所述端部浮力模块为耐水压发泡材质制造的半圆环形块状体，所述端部浮力模块外侧立面设置有用于安装所述外部抱箍装置的环状凹槽，圆环端部浮力模块由2个左右对称的所述端部浮力模块通过所述外部抱箍装置抱紧成型；
所述调整浮力模块为耐水压发泡材质制造的半圆环形块状体，所述调整浮力模块外侧立面设置有用于安装所述外部抱箍装置的环状凹槽，圆环调整浮力模块由2个左右对称的所述调整浮力模块通过所述外部抱箍装置抱紧成型；
所述中间浮力模块为耐水压发泡材质制造的半圆环形块状体，所述中间浮力模块外侧立面设置有用于安装所述外部抱箍装置的环状凹槽，圆环中间浮力模块由2个左右对称的所述中间浮力模块通过所述外部抱箍装置抱紧成型；
所述中间浮力模块内部设置有所述缓冲卡具，所述缓冲卡具为采用有一定弹性的聚氨酯浇注制造的弧形半瓦卡具，所述缓冲卡具设置有内凹槽套，圆环缓冲卡具由2个左右对称的所述缓冲卡具通过螺栓连接成型；
所述缓冲卡具内部设置有所述固定卡具，所述固定卡具为采用耐腐蚀不锈钢做成的弧形半瓦卡具，所述固定卡具设置有内空心柱套，圆环固定卡具由2个左右对称的所述固定卡具通过螺栓连接成型；
所述圆环端部浮力模块为2组，分别位于浮子两端；所述圆环中间浮力模块为1组，位于浮子中部；所述圆环调整浮力模块设置于所述圆环端部浮力模块与所述圆环中间浮力模块之间；所述端部浮力模块、调整浮力模块、中间浮力模块均对称开设有连接孔；
所述分片纵向连接装置为采用耐腐蚀不锈钢制造的全螺纹连接螺栓组件，所述分片纵向连接装置包括螺杆、螺母，所述螺杆通过所述端部浮力模块、调整浮力模块、中间浮力模块设置的所述连接孔并与螺母锁紧连接。
优选地，所述外部抱箍装置为设置有连接螺栓的高强度钢制带。
优选地，所述端部浮力模块内半环为从端部至内部依次减小的渐变内径的锥度半环，所述端部浮力模块内半环最小内径略大于动态柔性管缆外径。
优选地，所述端部浮力模块端面对称设置有2个具有一定深度盲孔的吊装槽。
优选地，所述调整浮力模块内半环内径略大于所述动态柔性管缆外径。
优选地，所述中间浮力模块内半环内径略小于所述缓冲卡具外径。
优选地，所述固定卡具内部设置有浅牙槽。
本发明还涉及一种动态柔性管缆水中浮子使用方法，所述使用方法，包括以下步骤：
步骤S1：根据所述动态柔性管缆布置形式计算浮子安装位置，并在下水前完成浮子组装，将所述固定卡具紧固于所述动态柔性管缆外部，将所述缓冲卡具紧固于所述固定卡具外部，通过所述分片纵向连接装置将所述端部浮力模块、调整浮力模块和中间浮力模块组装成1个半圆柱型浮力模块半瓦，将所述半圆柱型浮力模块半瓦套在所述缓冲卡具外部，通过所述外部抱箍装置将2个所述半圆柱型浮力模块半瓦固定连接所形成的圆柱型浮力模块固定于缓冲卡具外部；
步骤S2：进行所述动态柔性管缆铺设施工，浮子入水后受水中管缆的重量将被逐渐拉至水中，随着后续无浮子安装的管缆入水，进一步使得浮子沉入水中；根据设计的浮力需要，不同位置的浮力模块的浮力要求不同，可以通过增加或减少所述调整浮力模块的数量实现浮力的增加或减少；浮子若在使用过程中由于意外损伤造损坏，可通过水下安装机具或潜水员下水操作实现对损坏的浮力模块的更换。
本发明的有益效果：
本发明公开的一种动态柔性管缆水中浮子采用固定卡具牢固的与柔性管缆进行固定，通过在中间浮力模块与固定卡具之间设置缓冲卡具，减少中间浮力模块的使用应力，减缓并减弱浮力模块制造材料即高分子材料的应力松弛，提高使用寿命；使用过程中，通过不同浮力模块的组合，可以实现不同浮力的快速调整，能够应对浮力临时调节的使用场合；依据不同位置设置浮力模块组合，可以在局部小区域发生破损的情况下，对浮力模块进行单独更换实现修复，无需整体弃置，有效提高浮子使用的经济性。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
附图说明
图1是本发明的优选实施例整体结构示意图；
图2是本发明的优选实施例组成示意图；
图3是本发明的端部浮力模块结构示意图；
图4是本发明的调整浮力模块结构示意图；
图5是本发明的中间浮力模块结构示意图。
附图中各部件的标记如下：1、分片纵向连接装置； 2、端部浮力模块；2.1、吊装槽；3、调整浮力模块；4、外部抱箍装置；5、中间浮力模块；6、缓冲卡具；7、固定卡具；8、动态柔性管缆。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-5所示，一种动态柔性管缆水中浮子，包括分片纵向连接装置1、端部浮力模块2、调整浮力模块3、外部抱箍装置4、中间浮力模块5、缓冲卡具6、固定卡具7；端部浮力模块2为耐水压发泡材质制造的半圆环形块状体，端部浮力模块2内半环为从端部至内部依次减小的渐变内径的锥度半环，端部浮力模块2内半环最小内径略大于动态柔性管缆8外径，端部浮力模块2端面对称设置有2个具有一定深度盲孔的吊装槽，端部浮力模块2外侧立面设置有用于安装外部抱箍装置4的环状凹槽，圆环端部浮力模块由2个左右对称的端部浮力模块2通过外部抱箍装置4抱紧成型；调整浮力模块3为耐水压发泡材质制造的半圆环形块状体，调整浮力模块3内半环内径略大于动态柔性管缆8外径，调整浮力模块3外侧立面设置有用于安装外部抱箍装置4的环状凹槽，圆环调整浮力模块由2个左右对称的调整浮力模块3通过外部抱箍装置4抱紧成型；中间浮力模块5为耐水压发泡材质制造的半圆环形块状体，中间浮力模块5外侧立面设置有用于安装外部抱箍装置4的环状凹槽，圆环中间浮力模块由2个左右对称的中间浮力模块5通过外部抱箍装置4抱紧成型；外部抱箍装置4为设置有连接螺栓的高强度钢制带，环抱于端部浮力模块2、调整浮力模块3、中间浮力模块5的环状凹槽内，通过不断拧紧螺栓使得钢制带抱箍不断缩颈抱紧，并将2个半圆环形的浮力模块组成圆环形的浮力模块。中间浮力模块5内部设置有缓冲卡具6，中间浮力模块5内半环内径略小于缓冲卡具6外径，中间浮力模块5安装后卡在缓冲卡具6外部，缓冲卡具6为采用有一定弹性的聚氨酯浇注制造的弧形半瓦卡具，缓冲卡具6设置有内凹槽套，圆环缓冲卡具由2个左右对称的缓冲卡具6通过螺栓连接成型；缓冲卡具6内部设置有固定卡具7，固定卡具7为采用耐腐蚀不锈钢做成的弧形半瓦卡具，固定卡具7设置有内空心柱套，套内部设置有浅牙槽，圆环固定卡具由2个左右对称的固定卡具7通过螺栓连接成型；圆环端部浮力模块为2组，分别位于浮子两端；圆环中间浮力模块为1组，位于浮子中部；圆环调整浮力模块设置于圆环端部浮力模块与圆环中间浮力模块之间，圆环调整浮力模块作为浮力调整的部件，根据需要的浮力大小对圆环调整浮力模块设置数量进行增减；端部浮力模块2、调整浮力模块3、中间浮力模块5均对称开设有连接孔，端部浮力模块2、调整浮力模块3、中间浮力模块5分别通过分片纵向连接装置1进行连接，形成一个半圆柱型浮力模块半瓦，一组对称的2个半圆柱型浮力模块半瓦通过外部抱箍装置4形成圆柱型浮力模块。
本发明的使用方法如下：
根据动态柔性管缆8布置形式计算浮子安装位置，并在下水前完成浮子组装，将固定卡具7紧固于动态柔性管缆8外部，将缓冲卡具6紧固于固定卡具7外部，通过分片纵向连接装置1将端部浮力模块2、调整浮力模块3和中间浮力模块5组装成1个半圆柱型浮力模块半瓦，将半圆柱型浮力模块半瓦套在缓冲卡具6外部，通过外部抱箍装置4将2个半圆柱型浮力模块半瓦固定连接所形成的圆柱型浮力模块固定于缓冲卡具6外部；
进行动态柔性管缆8铺设施工，浮子入水后受水中管缆的重量将被逐渐拉至水中，随着后续无浮子安装的管缆入水，进一步使得浮子沉入水中；根据设计的浮力需要，不同位置的浮力模块的浮力要求不同，可以通过增加调整浮力模块3的数量实现浮力的增加；浮子若在使用过程中由于意外损伤造损坏，可通过水下安装机具或潜水员下水操作实现对损坏的浮力模块的更换。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种动态柔性管缆水中浮子，其特征在于，包括分片纵向连接装置（1）、端部浮力模块（2）、调整浮力模块（3）、外部抱箍装置（4）、中间浮力模块（5）、缓冲卡具（6）、固定卡具（7）；
所述端部浮力模块（2）为耐水压发泡材质制造的半圆环形块状体，所述端部浮力模块（2）外侧立面设置有用于安装所述外部抱箍装置（4）的环状凹槽，圆环端部浮力模块由2个左右对称的所述端部浮力模块（2）通过所述外部抱箍装置（4）抱紧成型；
所述调整浮力模块（3）为耐水压发泡材质制造的半圆环形块状体，所述调整浮力模块（3）外侧立面设置有用于安装所述外部抱箍装置（4）的环状凹槽，圆环调整浮力模块由2个左右对称的所述调整浮力模块（3）通过所述外部抱箍装置（4）抱紧成型；
所述中间浮力模块（5）为耐水压发泡材质制造的半圆环形块状体，所述中间浮力模块（5）外侧立面设置有用于安装所述外部抱箍装置（4）的环状凹槽，圆环中间浮力模块由2个左右对称的所述中间浮力模块（5）通过所述外部抱箍装置（4）抱紧成型；
所述中间浮力模块（5）内部设置有所述缓冲卡具（6），所述缓冲卡具（6）为采用有一定弹性的聚氨酯浇注制造的弧形半瓦卡具，所述缓冲卡具（6）设置有内凹槽套，圆环缓冲卡具由2个左右对称的所述缓冲卡具（6）通过螺栓连接成型；
所述缓冲卡具（6）内部设置有所述固定卡具（7），所述固定卡具（7）为采用耐腐蚀不锈钢做成的弧形半瓦卡具，所述固定卡具（7）设置有内空心柱套，圆环固定卡具由2个左右对称的所述固定卡具（7）通过螺栓连接成型；
所述圆环端部浮力模块为2组，分别位于浮子两端；所述圆环中间浮力模块为1组，位于浮子中部；所述圆环调整浮力模块设置于所述圆环端部浮力模块与所述圆环中间浮力模块之间；所述端部浮力模块（2）、调整浮力模块（3）、中间浮力模块（5）均对称开设有连接孔；
所述分片纵向连接装置（1）为采用耐腐蚀不锈钢制造的全螺纹连接螺栓组件，所述分片纵向连接装置（1）包括螺杆、螺母，所述螺杆通过所述端部浮力模块（2）、调整浮力模块（3）、中间浮力模块（5）设置的所述连接孔并与螺母锁紧连接。
2.根据权利要求1所述的一种动态柔性管缆水中浮子，其特征在于：所述外部抱箍装置（4）为设置有连接螺栓的高强度钢制带。
3.根据权利要求1所述的一种动态柔性管缆水中浮子，其特征在于：所述端部浮力模块（2）内半环为从端部至内部依次减小的渐变内径的锥度半环，所述端部浮力模块（2）内半环最小内径略大于动态柔性管缆（8）外径。
4.根据权利要求1、3所述的一种动态柔性管缆水中浮子，其特征在于：所述端部浮力模块（2）端面对称设置有2个具有一定深度盲孔的吊装槽。
5.根据权利要求1所述的一种动态柔性管缆水中浮子，其特征在于：所述调整浮力模块（3）内半环内径略大于所述动态柔性管缆（8）外径。
6.根据权利要求1所述的一种动态柔性管缆水中浮子，其特征在于：所述中间浮力模块（5）内半环内径略小于所述缓冲卡具（6）外径。
7.根据权利要求1所述的一种动态柔性管缆水中浮子，其特征在于：所述固定卡具（7）内部设置有浅牙槽。
8.一种动态柔性管缆水中浮子及其使用方法，采用如权利要求1至7任一所述的一种动态柔性管缆水中浮子，其特征在于：所述一种动态柔性管缆水中浮子使用方法，包括以下步骤：
步骤S1：根据所述动态柔性管缆（8）布置形式计算浮子安装位置，并在下水前完成浮子组装，将所述固定卡具（7）紧固于所述动态柔性管缆（8）外部，将所述缓冲卡具（6）紧固于所述固定卡具（7）外部，通过所述分片纵向连接装置（1）将所述端部浮力模块（2）、调整浮力模块（3）和中间浮力模块（5）组装成1个半圆柱型浮力模块半瓦，将所述半圆柱型浮力模块半瓦套在所述缓冲卡具（6）外部，通过所述外部抱箍装置（4）将2个所述半圆柱型浮力模块半瓦固定连接所形成的圆柱型浮力模块固定于缓冲卡具（6）外部；
步骤S2：进行所述动态柔性管缆（8）铺设施工，浮子入水后受水中管缆的重量将被逐渐拉至水中，随着后续无浮子安装的管缆入水，进一步使得浮子沉入水中；根据设计的浮力需要，不同位置的浮力模块的浮力要求不同，可以通过增加或减少所述调整浮力模块（3）的数量实现浮力的增加或减少；浮子若在使用过程中由于意外损伤造损坏，可通过水下安装机具或潜水员下水操作实现对损坏的浮力模块的更换。
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| CN115149489A (zh) * | 2022-06-16 | 2022-10-04 | 海油发展珠海管道工程有限公司 | 分布式浮力装置及其安装方法 |
| CN115149489B (zh) * | 2022-06-16 | 2024-08-30 | 海油发展珠海管道工程有限公司 | 分布式浮力装置及其安装方法 |
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