CN114044096A - 一种深水s型铺管装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械技术领域，涉及一种深水S型铺管装置，其解决了现有S型铺管装置在深水铺管时管线受到张力较大、托管架较长、船舶稳定性差等问题。本铺管装置包括铺管船，所述铺管船包括船体、张紧器和托管架，张紧器设置于船体上，用于夹持管线；托管架设置于船体的端部，用于承托管线；本铺管装置还包括浮子和缆线，缆线的上端与浮子相连接，缆线的下端连接有能够与管线相锁紧及松脱的扣环，扣环设置于管线中各管节的连接处。每根管节连接处均通过浮子、缆线提升向上的拉力，配合托管架，使管线下放过程中整体呈S型，具有较好曲率，减小管线铺设过程中各管节受力的张力，使得管线可在数百米的深海中也可完成铺设，而不会出现管线断裂等情况。

Description

一种深水S型铺管装置

技术领域

本发明属于机械技术领域，涉及一种深水S型铺管装置。

背景技术

海洋油气资源开采中需要海底管道进行油气运输，目前大多使用铺管船进行管道铺设，根据水深、管道属性和作业海况的不同铺管方式也不尽相同，主要包括S型铺管(S-Lay)、J型铺管(J-Lay)、卷筒式铺管(Reel-Lay)、柔性铺管(Flex-Lay)以及复合铺管(Multi-Lay)等，其中对于钢管主要采用S型铺管和J型铺管法。J型铺管法一般应用于深水铺管作业，而S型铺管法即适合浅水铺管又适用于深水铺管作业，主要取决于船体尾部托管架长度。

S型铺管系统是指在船上将一根一根的管节连接成管线，使用张紧器对管线进行夹持和收放，保持管线姿态，再经由船艉的托管架使管线呈S形姿态落入海底。

但是，在S型铺管系统中，管线从托管架到海床之间有比较长的悬空段，在铺设过程中张力极大，随着作业水深越深，铺管所需张力越大，作业风险越高，必须寻找合适的方法处理极大的张力保障作业安全，作业水深越深，所需托管架越长，船体尾部受力越大，越难以保证船舶稳定性，且托管架引起管线的弧度导致上弯段形成大的应变。

发明内容

本发明是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种深水S型铺管装置，本发明所要解决的技术问题是：如何在减小管线张力的同时，减小托管架长度，提高船舶稳定性。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种深水S型铺管装置，所述铺管装置包括铺管船，所述铺管船包括船体、张紧器和托管架，所述张紧器设置于船体上，用于夹持管线；所述托管架设置于船体的端部，用于承托管线；其特征在于，所述铺管装置还包括浮子和缆线，所述缆线的上端与所述浮子相连接，所述缆线的下端连接有能够与所述管线相锁紧及松脱的扣环，所述扣环设置于管线中各管节的连接处。

其工作原理如下：铺设时，在船体上将管节依次焊接成管线，第一根管节首端通过扣环与缆线相连接，管节连成管线后，通过张紧器夹持管线、调整管线状态，然后通过船艉的托管架沉入海底，浮子入海后同步释放，而缆线随着管线自由下放。船舶前进一根管节的距离后，第一根管节和第二根管节连接处再通过扣环与缆线相连，对应的浮子入海后上升。以此类推，每根管节连接处均通过浮子、缆线提升向上的拉力，从而减小管线铺设过程中各管节受力的张力，管线整体呈S型，具有较好的曲率，因此可实现在数百米的深海中的铺设而不易出现断裂等情况，同时也不用过长的托管架。而当缆线上的扣环到达预定距离后，扣环可与管节松脱，方便回收，预定距离可以为水面到海底的距离等。

在上述的一种深水S型铺管装置中，所述船体上设置有用于控制浮子释放与回收的控制系统。设计有控制系统后，可控制浮子在水中的释放上浮时间，以及对应管节铺设完毕后的回收。

在上述的一种深水S型铺管装置中，所述扣环包括呈半环形的半环体一和半环体二，所述半环体一的上端与所述缆线的下端相固连，所述半环体一的下端通过软绳与所述半环体二的下端相连接，所述半环体二的上端设置有通孔，所述半环体一的上端设置有垂直于自身环面的凸台，所述半环体二上的通孔与所述半环体一上的凸台相卡接；所述半环体上的上端还设置有能够将凸台从所述通孔内滑出的顶出机构，所述控制系统能够控制该顶出机构运行。扣环需要与管线锁紧时，可将半环体一和半环体二绕过管线，然后将半环体一上端处的凸台与半环体二上端处的通孔相卡接，实现锁紧，由于铺设时，管线呈倾斜状态，因此扣环并不会沿管线发生较多的轴向滑动；当管节或扣环到达预定位置时，控制系统控制顶出机构运行，将凸台从通孔中顶出，使半环体一与半环体二相分离，扣环则与管线实现松脱，此时可将线缆、扣环进行回收。

在上述的一种深水S型铺管装置中，作为一种方案，所述浮子采用气囊制成，各浮子均连接有软管一，所述控制系统包括与所述软管一相连接的气泵。浮子未充气状态时随着管线一起入海，待入海后，气泵通过软管一向浮子充气，使浮子释放上升，向管线提供拉力。

在上述的一种深水S型铺管装置中，所述半环体一上端处开设有凹槽，所述凹槽内嵌设有气袋，所述半环体一上开设有与所述气袋相连通的管路，对应的浮子上设置有过线架，所述过线架上开设有过线孔，所述气泵为充气吸气一体式结构，所述控制系统还包括软管二，所述软管二的一端与所述气泵相连接，所述软管二的另一端穿过所述过线孔与对应的半环体一上的管路相连接。气泵通过软管二向管路内充气，从而使得气袋撑开，由于当管节与海底相接触时，凸台与通孔间的作用力较小，因此气袋能够将凸台从通孔内顶出；待半环体一与半环体二分离后，气泵开始吸气，使软管二收缩，从而带动缆线同步上升实现回收。

在上述的一种深水S型铺管装置中，作为另一种方案，所述浮子采用气囊制成，且连接有气瓶，所述气瓶与气囊间设置有电动阀，所述控制系统包括能够控制所述电动阀开闭的控制器。需要释放浮子时，通过控制器打开电动阀，向浮子内充气，使浮子释放上升。

在上述的一种深水S型铺管装置中，所述半环体一上设置有电磁铁，所述电磁铁的顶杆能够与所述半环体二相接触，所述控制器能够控制所述顶杆的伸缩。正常状态下，半环体一通过凸台与半环体二上的通孔相卡接，实现扣环与管线的锁紧；需要解脱时，控制器控制电磁铁的顶杆伸出，从而使凸台从通孔中脱出，实现半环体一上端与半环体二上端的分离，从而使扣环与管线相分离。

在上述的一种深水S型铺管装置中，所述浮子上设置有基座，所述基座上设置有卷扬机，所述缆线的上端与所述卷扬机相连接，所述控制系统能够控制卷扬机的运行。通过控制系统控制卷扬机运行，从而控制缆线的伸长与回收。

在上述的一种深水S型铺管装置中，所述半环体一和半环体二的外圈设置有若干个滚珠。设计有滚珠后，可降低扣环与托管架接触时产生的摩擦力。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明中，每根管节连接处均通过浮子、缆线提升向上的拉力，从而减小管线铺设过程中各管节受力的张力；同时也不用过长的托管架，有效保证船舶稳定性。

附图说明

图1是实施例中本铺管装置的原理图。

图2是实施例一中本铺管装置的结构示意图。

图3是实施例一中扣环的立体结构示意图。

图4是实施例一中扣环的主视图。

图5是实施例二中本铺管装置的结构示意图。

图中，1、船体；2、张紧器；3、托管架；4、管线；5、浮子；6、缆线；7、扣环；8、控制系统；9、半环体一；10、半环体二；11、软绳；12、通孔；13、凸台；14、顶出机构；15、软管一；16、凹槽；17、气袋；18、管路；19、过线架；20、过线孔；21、软管二；22、电磁铁；23、顶杆；24、基座；25、卷扬机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

如图1、图2、图3、图4所示，本铺管装置包括铺管船，所述铺管船包括船体1、张紧器2和托管架3，张紧器2设置于船体1上，用于夹持管线4；托管架3设置于船体1的端部，用于承托管线4；其特征在于，铺管装置还包括浮子5和缆线6，缆线6的上端与浮子5相连接，缆线6的下端连接有能够与管线4相锁紧及松脱的扣环7，扣环7设置于管线4中各管节的连接处。

作为优选，船体1上设置有用于控制浮子5释放与回收的控制系统8。

具体来讲，如图3、图4所示，扣环7包括呈半环形的半环体一9和半环体二10，作为优选，半环体一9和半环体二10的外圈设置有若干个滚珠，用于降低扣环7与托管架3接触时的摩擦力。而该设计的前提在于，扣环7在焊接管线4时即锁紧于管线4上。而如果扣环7是在管线4入海时再与管线4锁紧，则不要考虑表面摩擦力的问题。此处也说明一个问题，本结构中扣环7与管线4的锁紧，可根据需要，选择相应的时机，但结构并不会变。

如图3、图4所示，半环体一9的上端与缆线6的下端相固连，半环体一9的下端通过软绳11与半环体二10的下端相连接，半环体二10的上端设置有通孔12，半环体一9的上端设置有垂直于自身环面的凸台13，半环体二10上的通孔12与半环体一9上的凸台13相卡接；半环体上的上端还设置有能够将凸台13从通孔12内滑出的顶出机构14，控制系统8能够控制该顶出机构14运行。

此处，半环体二10上的通孔12与半环体一9上的凸台13相卡接，具体来讲，通孔12可与凸台13间隙配合，管线4入海后，会对扣环7产生向下的拉力，即半环体一9与半环体二10均受力相反的拉力，从而使得凸台13与通孔12在拉力作用下贴紧，不易松脱。

当管线4到达预定位置时，扣环7受到的拉力较小，此时凸台13与通孔12间的作用力较小，顶出机构14容易将凸台13顶出，使半环体一9与半环体二10两者分离。

作为优选，本实施例中，浮子5采用气囊制成，各浮子5均连接有软管一15，控制系统8包括与软管一15相连接的气泵。

如图2、图3所示，半环体一9上端处开设有凹槽16，凹槽16内嵌设有气袋17，半环体一9上开设有与气袋17相连通的管路18，对应的浮子5上设置有过线架19，过线架19上开设有过线孔20，气泵为充气吸气一体式结构，控制系统8还包括软管二21，软管二21的一端与气泵相连接，软管二21的另一端穿过过线孔20与对应的半环体一9上的管路18相连接。

本发明的工作原理如下：铺设时，在船体1上将管节依次焊接成管线4，第一根管节首端通过扣环7与缆线6相连接，管节连成管线4后，通过张紧器2夹持管线4、调整管线4状态，然后通过船艉的托管架3沉入海底，浮子5入海后同步释放，而缆线6随着管线4自由下放。船舶前进一根管节的距离后，第一根管节和第二根管节连接处再通过扣环7与缆线6相连，对应的浮子5入海后上升。以此类推，每根管节连接处均通过浮子5、缆线6提升向上的拉力，从而减小管线4铺设过程中各管节受力的张力；同时也不用过长的托管架3，有效保证船舶稳定性。而当缆线6上的扣环7到达预定距离后，扣环7可与管节松脱，方便回收，预定距离可以为水面到海底的距离等。

实施例二：

如图5所示，本实施例与实施例一大致相同，不同之处在于，本实施例中，浮子5采用气囊制成，且连接有气瓶，气瓶与气囊间设置有电动阀，控制系统8包括能够控制电动阀开闭的控制器。

而半环体一9上设置有电磁铁22，电磁铁22的顶杆23能够与半环体二10相接触，控制器能够控制顶杆23的伸缩，从而控制半环体一9与半环体二10的锁紧与分离。

为了控制缆线6的收放，本实施例中，浮子5上设置有基座24，基座24上设置有卷扬机25，缆线6的上端与卷扬机25相连接，控制系统8能够控制卷扬机25的运行。通过控制系统8控制卷扬机25运行，从而控制缆线6的伸长与回收。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种深水S型铺管装置，所述铺管装置包括铺管船，所述铺管船包括船体(1)、张紧器(2)和托管架(3)，所述张紧器(2)设置于船体(1)上，用于夹持管线(4)；所述托管架(3)设置于船体(1)的端部，用于承托管线(4)；其特征在于，所述铺管装置还包括浮子(5)和缆线(6)，所述缆线(6)的上端与所述浮子(5)相连接，所述缆线(6)的下端连接有能够与所述管线(4)相锁紧及松脱的扣环(7)，所述扣环(7)设置于管线(4)中各管节的连接处。

2.根据权利要求1所述的深水S型铺管装置，其特征在于，所述船体(1)上设置有用于控制浮子(5)释放与回收的控制系统(8)。

3.根据权利要求2所述的深水S型铺管装置，其特征在于，所述扣环(7)包括呈半环形的半环体一(9)和半环体二(10)，所述半环体一(9)的上端与所述缆线(6)的下端相固连，所述半环体一(9)的下端通过软绳(11)与所述半环体二(10)的下端相连接，所述半环体二(10)的上端设置有通孔(12)，所述半环体一(9)的上端设置有垂直于自身环面的凸台(13)，所述半环体二(10)上的通孔(12)与所述半环体一(9)上的凸台(13)相卡接；所述半环体上的上端还设置有能够将凸台(13)从所述通孔(12)内滑出的顶出机构(14)，所述控制系统(8)能够控制该顶出机构(14)运行。

4.根据权利要求3所述的深水S型铺管装置，其特征在于，所述浮子(5)采用气囊制成，各浮子(5)均连接有软管一(15)，所述控制系统(8)包括与所述软管一(15)相连接的气泵。

5.根据权利要求4所述的深水S型铺管装置，其特征在于，所述半环体一(9)上端处开设有凹槽(16)，所述凹槽(16)内嵌设有气袋(17)，所述半环体一(9)上开设有与所述气袋(17)相连通的管路(18)，对应的浮子(5)上设置有过线架(19)，所述过线架(19)上开设有过线孔(20)，所述气泵为充气吸气一体式结构，所述控制系统(8)还包括软管二(21)，所述软管二(21)的一端与所述气泵相连接，所述软管二(21)的另一端穿过所述过线孔(20)与对应的半环体一(9)上的管路(18)相连接。

6.根据权利要求3所述的深水S型铺管装置，其特征在于，所述浮子(5)采用气囊制成，且连接有气瓶，所述气瓶与气囊间设置有电动阀，所述控制系统(8)包括能够控制所述电动阀开闭的控制器。

7.根据权利要求6所述的深水S型铺管装置，其特征在于，所述半环体一(9)上设置有电磁铁(22)，所述电磁铁(22)的顶杆(23)能够与所述半环体二(10)相接触，所述控制器能够控制所述顶杆(23)的伸缩。

8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的深水S型铺管装置，其特征在于，所述浮子(5)上设置有基座(24)，所述基座(24)上设置有卷扬机(25)，所述缆线(6)的上端与所述卷扬机(25)相连接，所述控制系统(8)能够控制卷扬机(25)的运行。

9.根据权利要求3所述的深水S型铺管装置，其特征在于，所述半环体一(9)和半环体二(10)的外圈设置有若干个滚珠。

Images