CN115149489A - 分布式浮力装置及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明为解决海上油气管缆或者海上风电电缆用支撑浮力领域存在的环境荷载对管缆影响大的问题，提供一种分布式浮力装置及其安装方法，该浮力装置包括固定组件和浮力组件，固定组件用于固定在管缆上，浮力组件设置有安装通孔，浮力组件用于提供浮力，固定组件位于安装通孔内，固定组件和安装通孔间隙配合，浮力组件相对固定组件可以转动，安装通孔的一端内壁上设置有第一限位凸起，安装通孔的另一端内壁上设置有第二限位凸起，固定组件位于第一限位凸起和第二限位凸起之间，第一限位凸起和第二限位凸起一起用于限制固定组件脱离安装通孔。本发明的分布式浮力装置，能够降低环境荷载对管缆的不良影响。

Description

分布式浮力装置及其安装方法

技术领域

本发明涉及海上油气管缆或者海上风电电缆用支撑浮力，特别涉及一种分布式浮力装置及其安装方法。

背景技术

随着世界范围内深海资源开发的不断推进，各种深海浮式结构为主的装备得到大规模使用，如浮式钻井平台、浮式生产储油装置、浮式风机等，而深海装备中的水下固定装备与浮式平台之间通常需要连接大量的立管管缆。在深海环境下，立管管缆距离很长，水中部分的管缆重量大，端部连接的顶端张力大，将严重影响管缆连接的可靠性；同时，在整个服役期限内立管管缆还需要适应浮式平台的升沉运动、克服海洋环境的波流作用等。因此，特殊的立管管缆线型设计显得至关重要。目前，深海立管管缆线型设计主要分为悬链线型、缓波型、陡波型、缓S型、陡S型、W型等多种构型。为实现上述线型设计，在立管管缆安装及服役过程中必须考虑引入相应的浮力装置。

深水管缆在海洋环境下，会受到波浪、洋流等环境荷载的持续作用，而现有的安装有浮力装置的管缆，由于浮力装置的存在改变了管缆的局部外形轮廓，增大了管缆所受的环境阻力，浮力装置受到的环境荷载会直接传导至所安装的管缆上去，不利于管缆的安全运行，影响管缆的疲劳寿命。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种分布式浮力装置，能够降低环境荷载对管缆的不良影响。

本发明还提出一种安装上述分布式浮力装置的安装方法。

根据本发明第一方面实施例的分布式浮力装置，用于固定在管缆上，给所述管缆提供浮力，包括固定组件和浮力组件，所述固定组件用于固定在所述管缆上，所述浮力组件设置有安装通孔，所述浮力组件用于提供浮力，所述固定组件位于所述安装通孔内，所述固定组件和所述安装通孔间隙配合，所述浮力组件相对所述固定组件可以转动，所述安装通孔的一端内壁上设置有第一限位凸起，所述安装通孔的另一端内壁上设置有第二限位凸起，所述固定组件位于所述第一限位凸起和所述第二限位凸起之间，所述第一限位凸起和所述第二限位凸起一起用于限制所述固定组件脱离所述安装通孔。

根据本发明实施例的分布式浮力装置，至少具有如下技术效果：固定组件和浮力组件间隙配合，能够降低环境载荷对管缆的不良影响，也降低了管缆对浮力组件的不良影响。

根据本发明的一些实施例，所述固定组件包括第一卡箍分件、第二卡箍分件和卡箍连接螺栓，所述第一卡箍分件的一端和所述第二卡箍分件的一端连接，所述第一卡箍分件的另一端设置有第一卡箍连接通孔，所述卡箍连接螺栓穿过所述第一卡箍连接通孔连接所述第二卡箍分件的另一端，所述第一卡箍分件和所述第二卡箍分件用于夹持在所述管缆上，所述卡箍连接螺栓用于使所述第一卡箍分件和所述第二卡箍分件夹紧所述管缆。

根据本发明的一些实施例，所述固定组件还包括箍紧连接件，所述第一卡箍分件的外周面设置有第一卡箍安装槽，所述第一卡箍安装槽沿所述第一卡箍分件的周向延伸，所述第二卡箍分件的外周面设置有第二卡箍安装槽，所述第二卡箍安装槽沿所述第二卡箍分件的周向延伸，所述箍紧连接件的一端连接所述第一卡箍分件的所述另一端，所述箍紧连接件设置在所述第一卡箍安装槽以及所述第二卡箍安装槽内，所述箍紧连接件的另一端连接所述第二卡箍分件的所述另一端。

根据本发明的一些实施例，所述固定组件还包括第一挡杆和第二挡杆，所述第一挡杆的一端连接所述第一卡箍安装槽的上侧壁，所述第一挡杆的另一端连接所述第一卡箍安装槽的下侧壁，所述第一挡杆用于阻挡所述箍紧连接件脱离所述第一卡箍安装槽，所述第二挡杆的一端连接所述第二卡箍安装槽的上侧壁，所述第二挡杆的另一端连接所述第二卡箍安装槽的下侧壁，所述第二挡杆用于阻挡所述箍紧连接件脱离所述第二卡箍安装槽。

根据本发明的一些实施例，所述固定组件还包括柔性垫块，所述柔性垫块设置在所述第一卡箍分件以及所述第二卡箍分件的内侧壁上，所述柔性垫块用于抵接所述管缆。

根据本发明的一些实施例，所述浮力组件包括两个浮力半瓦块，所述浮力半瓦块为带有内部凹槽的半圆柱体，所述两个所述浮力半瓦块抱合连接成一个圆柱体，所述两个所述浮力半瓦块的所述内部凹槽组合形成所述安装通孔。

根据本发明的一些实施例，所述浮力半瓦块的两侧均设置有浮力连接通孔，所述浮力半瓦块的外周面两侧均设置有螺栓安装槽，所述螺栓安装槽与所述浮力连接通孔连通，所述两个所述浮力半瓦块抱合连接后，所述两个所述浮力半瓦块的浮力连接通孔相连通。

根据本发明的一些实施例，所述浮力半瓦块的外周面还设置有抱箍安装槽，所述抱箍安装槽的两端分别连接所述浮力半瓦块两侧的螺栓安装槽。

根据本发明的一些实施例，在所述浮力半瓦块抱合连接的连接面上的一侧设置有定位凸起，在所述浮力半瓦块抱合连接的连接面上的另一侧设置有定位凹槽，在两个所述浮力半瓦块抱合连接时，一个所述浮力半瓦块的所述定位凸起插入另一个所述浮力半瓦块的所述定位凹槽内。

根据本发明第二方面实施例的分布式浮力装置的安装方法，包括如下步骤：安装固定组件，将固定组件夹持固定在管缆上；安装浮力组件，将两个半圆柱状浮力半瓦块抱合连接成一个圆柱体，并包夹住固定组件，圆柱体的轴心部分具有安装通孔，安装通孔的两端均设置有限位凸起，固定组件位于安装通孔内，且固定组件位于两端的限位凸起之间，并且固定组件和安装通孔间隙配合；固定浮力组件，将外部抱箍的主体部分放置在半圆柱状浮力半瓦块外周面的抱箍安装槽内，并使得外部抱箍的两端端部分别伸入到半圆柱状浮力半瓦块两侧的螺栓安装槽内，浮力连接螺栓依次穿过放置在一个浮力半瓦块上的外部抱箍的端部、一个浮力半瓦块的浮力连接通孔、另一个浮力半瓦块的浮力连接通孔、放置在另一个浮力半瓦块上的外部抱箍的端部后和浮力连接螺母螺纹连接，从而把两个抱合连接的半圆柱状浮力半瓦块固定住。

根据本发明实施例的分布式浮力装置的安装方法，至少具有如下技术效果：安装在管缆上的分布式浮力装置，能够降低环境载荷对管缆的不良影响，维持管缆位置不变的效果更好，且浮力装置的使用寿命更长。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例分布式浮力装置的整体装配示意图；

图2为图1所示分布式浮力装置的爆炸图；

图3为图2所示分布式浮力装置的浮力组件主体部分的结构示意图；

图4为图2所示分布式浮力装置的固定组件的整体装配示意图；

图5为图2所示分布式浮力装置的浮力组件紧固部分的结构示意图；

图6为图1所示分布式浮力装置的管缆弯曲适应性效果示意图。

附图标记：

固定组件100；

第一卡箍分件110、第一卡箍连接通孔111、第一凸起安装结构112、第一卡箍安装槽113；

第二卡箍分件120、第二凸起安装结构122、第二卡箍安装槽123；

卡箍连接螺栓130、卡箍连接螺母140、箍紧连接件150；

第三卡箍分件160、第三卡箍安装槽161；

第一挡杆170、第二挡杆180；

柔性垫块190；

浮力组件200、安装通孔210、第一限位凸起211、第二限位凸起212、第一喇叭口结构213、第二喇叭口结构214；

浮力半瓦块220、浮力连接通孔221、螺栓安装槽222、抱箍安装槽223、定位凸起224、定位凹槽225、铭牌安装槽226、吊装通孔227；

浮力连接螺栓230、浮力连接螺母240、浮力螺栓垫片250、外部抱箍260；

管缆300。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，该实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“尖”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”、“四周”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，侧壁表示左侧壁和/或右侧壁。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数，“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。如果有描述到“第一”、“第二”只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

在本发明的描述中，需要理解的是，“A设置在B上”、“B上设置有A”，表述A与B之间的连接关系或者位置关系，而不代表A一定在B的上方。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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、活动连接或一体地连接；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。“螺栓连接”和“螺钉连接”可以等同替换。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要理解的是，本发明中的多个相似的特征只是以不同前缀加以区分，故在本发明中，以不加区分前缀的特征名称(或者加了部分前缀的特征名称)来表示这一类的相似特征的综合，比如以“卡箍分件”来表示第一卡箍分件110、第二卡箍分件120、第三卡箍分件160。

参照图1、图2和图6，根据本发明实施例的分布式浮力装置(以下简称浮力装置)，用于固定在管缆300上，给管缆300提供浮力，包括固定组件100和浮力组件200，固定组件100用于固定在管缆300上，浮力组件200设置有安装通孔210，浮力组件200用于提供浮力，固定组件100位于安装通孔210内，固定组件100和安装通孔210(或者说浮力组件200)间隙配合，浮力组件200相对固定组件100可以转动，安装通孔210的一端内壁上设置有第一限位凸起211，安装通孔210的另一端内壁上设置有第二限位凸起212，固定组件100位于第一限位凸起211和第二限位凸起212之间，第一限位凸起211和第二限位凸起212一起用于限制固定组件100脱离安装通孔210。

需要理解的是，固定组件100和管缆300的连接，可以是粘接、箍紧、结构限位连接等方式。“第一限位凸起211和第二限位凸起212一起用于限制固定组件100脱离安装通孔210”，或者说，当固定组件100沿安装通孔210的轴向(向安装通孔210的一端)移动时，会被第一限位凸起211挡住；当固定组件100沿安装通孔210的轴向(向安装通孔210的另一端)移动时，会被第二限位凸起212挡住。限位凸起相对孔壁向内凸出；内，即指向安装通孔210轴线方向的方位为内，外则相反。需要理解的是，限位凸起的形状不作限定，某一端限位凸起的数量也不作限定，可以是一个(比如本实施例中的完整环状凸起，还比如可以是C形环状凸起)，也可以是多个(可以是环形分布，比如多个扇环状的凸起环形分布在安装通孔210的某一端内壁上)。需要理解的是，为了方便浮力组件200相对固定组件100可以转动，故固定组件100大致为圆筒状，圆筒状的固定组件100中间空置区域用于固定管缆300；而为了减小环境载荷对浮力组件200的影响，浮力组件200也大致为圆筒状，圆筒状的浮力组件200中间空置区域用于固定固定组件100。

现有的浮力装置受到的环境荷载会直接传导至所安装的管缆300上去，不利于管缆300的安全运行，影响管缆300的疲劳寿命；具体的，比如在海洋环境因素的影响下，浮力装置扭转(或者说转动较小的角度)，由于现有的浮力装置与管缆300固定在一起，从而会带动管缆300局部扭转，导致管缆300局部将受到较大的挤压、扭曲等外部应力，不利于管缆300的安全运行，且浮力装置反复(顺时针、逆时针)扭转时，管缆300外部的保护层也会被反复扭曲，影响管缆300的疲劳寿命；而本发明的浮力装置可以降低环境荷载对管缆300安全、寿命的影响，当因环境载荷影响而致使浮力组件200转动时，由于浮力组件200相对固定组件100可以转动，其内部的固定组件100、管缆300受到的影响很小，基本不会随浮力组件200转动，从而保护管缆300安全，提高管缆300的使用寿命。

还有一点是，对于本发明的浮力装置，当波浪、洋流等环境荷载作用到浮力装置上时，浮力装置由于自身良好的环境顺应性，顺着荷载方向会发生转动作用，从而可以主动将所受到的荷载进行化解，显著降低所受的环境阻力；具体的，对于现有的浮力装置，本来洋流会推动浮力装置、管缆300移动，从而改变了浮力装置、管缆300的位置，影响管缆300线型构型，从而对整个管缆300系统产生不利影响，而对于本发明的浮力装置，洋流推动浮力装置、管缆300移动的力，一部分会使得浮力装置的浮力组件200单独转动起来(即原有的洋流推动浮力装置、管缆300移动所做的位移功，一部分会转为浮力组件200的转动功)，从而使得浮力装置、管缆300移动的位移减小甚至完全不会产生位移了。

另外一点是，管缆300对浮力装置外部的浮力组件200也会有影响；由于浮力组件200需要具备浮力，故其主体部分(浮力半瓦块220)一般由有机材料复合而成，而有机材料容易受到温度影响而变形、老化，影响有机材料制品的使用寿命，甚至致使有机材料制品破损、失效；而管缆300由于内部热介质或者线路电阻的影响，管缆300在运行时会有发热现象，而现有的浮力装置，浮力装置紧贴管缆300，故浮力装置容易受到这些热量的影响，长时间作用下，浮力装置的使用寿命会降低，从而容易损坏；而对于本发明的浮力装置，由于浮力组件200(浮力半瓦块220)和固定组件100(卡箍分件组合件)之间存在间隙，而管缆300也不会堵塞浮力组件200(浮力半瓦块220)的两端开口，故浮力组件200和固定组件100之间的间隙可以容纳海水进出，既使得浮力组件200和固定组件100两者不紧贴，热量不容易传递，同时低温的海水会起到降温作用，而可以进出流动的海水还会持续带走固定组件100内管缆300的热量，将管缆300对浮力组件200的不利影响降到最低。

参照图2、图4和图6，在本发明的一些实施例中，固定组件100包括第一卡箍分件110、第二卡箍分件120和卡箍连接螺栓130，第一卡箍分件110的一端和第二卡箍分件120的一端连接，第一卡箍分件110的另一端设置有第一卡箍连接通孔111，卡箍连接螺栓130穿过第一卡箍连接通孔111连接第二卡箍分件120的另一端，第一卡箍分件110和第二卡箍分件120用于夹持在管缆300上，卡箍连接螺栓130用于使第一卡箍分件110和第二卡箍分件120夹紧管缆300。

第一卡箍分件110、第二卡箍分件120可以参考管道工程领域常见的卡箍，故第一卡箍分件110的一端和第二卡箍分件120的一端可以是铰接或者抵接的。需要理解的是，第二卡箍分件120的另一端可以设置有螺纹孔，从而和卡箍连接螺栓130螺纹连接；第二卡箍分件120的另一端也可以设置有第二卡箍连接通孔，卡箍连接螺栓130依次穿过第一卡箍连接通孔111、第二卡箍连接通孔后和卡箍连接螺母140(固定组件100包括卡箍连接螺母140)螺纹连接；需要进一步理解的是，卡箍连接螺栓130(卡箍连接螺母140)可以有多个；需要进一步理解的是，在第一卡箍分件110的另一端可以设置有专门的第一凸起安装结构112，第一卡箍连接通孔111设置在该第一凸起安装结构112上，从而方便安装卡箍连接螺栓130，同理，第二卡箍分件120的另一端可以设置有专门的第二凸起安装结构122，第二卡箍连接通孔(或者螺纹孔)设置在该第二凸起安装结构122上，从而方便连接卡箍连接螺栓130。

通过拧动卡箍连接螺栓130，可以调节卡箍分件箍紧管缆300的松紧度，保证可以调整到合适的程度，使得固定组件100既能在管缆300上连接牢固。

参照图2和图4，在本发明的一些实施例中，固定组件100还包括箍紧连接件150，第一卡箍分件110的外周面设置有第一卡箍安装槽113，第一卡箍安装槽113沿第一卡箍分件110的周向延伸，第二卡箍分件120的外周面设置有第二卡箍安装槽123，第二卡箍安装槽123沿第二卡箍分件120的周向延伸，箍紧连接件150的一端连接第一卡箍分件110的另一端，箍紧连接件150设置在第一卡箍安装槽113以及第二卡箍安装槽123内，箍紧连接件150的另一端连接第二卡箍分件120的另一端(或者说，箍紧连接件150的另一端依次穿过第一卡箍安装槽113、第二卡箍安装槽123连接第二卡箍分件120的另一端)。

需要理解的是，由于卡箍分件需要箍紧管缆300，故卡箍分件有一个圆弧形内接面，故卡箍分件的内、外，是相对该圆弧形内接面的圆心(或者说实际安装连接到管缆300上后，管缆300的轴心)来说的，即指向圆心的方向为内，背离圆心的方向为外；需要特别理解的是，其他有类似圆(弧)形结构的部件的内外指向同理。相比传统的铰接式卡箍结构，本实施例的卡箍分件，采用箍紧连接件150绑缚箍紧，卡箍分件可活动的范围增大，对于管缆300尺寸的适用性更强；特别是对于其卡箍连接螺栓130的连接，传统的卡箍，如果管缆300尺寸过大，两个卡箍分件的另一端不能很好合拢对正，则会导致卡箍连接螺栓130在插入到第一卡箍连接通孔111之后，不能正确对准插入到第二卡箍连接通孔(或者是螺纹孔)内，卡箍连接螺栓130连接困难；而本实施例采用的箍紧连接件150、卡箍安装槽的配合固定紧固方式，由于相邻卡箍分件的一端不需要铰接，卡箍分件的另一端就不会被限制住，故能够保证卡箍连接螺栓130的连接；且方便在箍紧管缆300时，通过箍紧连接件150进行拉拢(卡箍分件)箍紧。

在本实施例中，箍紧连接件150的端部连接在卡箍分件的凸起安装结构上，箍紧连接件150、凸起安装结构、卡箍连接螺栓130、卡箍连接螺母140均采用耐海水腐蚀的金属材料制备，配合使用，通过拧紧卡箍连接螺母140带动两个卡箍分件上的凸起安装结构相互靠近，进而实现箍紧连接件150在卡箍分件外侧的箍紧功能。卡箍分件在管缆300上的箍紧程度可以通过卡箍连接螺母140的拧紧程度进行调节。

参照图2和图4，在本发明的一些实施例中，固定组件100还包括第三卡箍分件160，第三卡箍分件160的一端与第一卡箍分件110的一端连接，第三卡箍分件160的另一端与第二卡箍分件120的一端连接，第三卡箍分件160的外周面设置有第三卡箍安装槽161，第三卡箍安装槽161沿第三卡箍分件160的周向延伸，箍紧连接件150设置在第一卡箍安装槽113、第三卡箍安装槽161以及第二卡箍安装槽123内(或者说，箍紧连接件150的另一端依次穿过第一卡箍安装槽113、第三卡箍安装槽161、第二卡箍安装槽123连接第二卡箍分件120的另一端)。

在本实施例中，固定组件100主体部分是一个带外箍紧功能的三瓣式卡具，安装在管缆300外部，实现分布式浮力装置沿管缆300轴线方向相对固定。设置有更多个卡箍分件，使得固定组件100可调范围更广，适用性更好。

参照图2和图4，在本发明的一些实施例中，固定组件100还包括第一挡杆170和第二挡杆180，第一挡杆170的一端连接第一卡箍安装槽113的上侧壁，第一挡杆170的另一端连接第一卡箍安装槽113的下侧壁，第一挡杆170用于阻挡箍紧连接件150(向外移动)脱离第一卡箍安装槽113，第二挡杆180的一端连接第二卡箍安装槽123的上侧壁，第二挡杆180的另一端连接第二卡箍安装槽123的下侧壁，第二挡杆180用于阻挡箍紧连接件150(向外移动)脱离第二卡箍安装槽123。

需要理解的是，本发明中提到的上侧壁、下侧壁的上下，只是为了方便区分描述，表示的是附图中的上下方位，而在实际中，可能不同(比如上侧壁不是在上方)，比如当管缆300大致平行水平面放置时，连接在管缆300上的卡箍分件的卡箍安装槽的上侧壁、下侧壁，实际可能相对彼此位于彼此的左右方向上。

在箍紧连接件150箍紧卡箍分件时(即固定组件100固定在管缆300上时)，由于卡箍安装槽对箍紧连接件150的限位作用，卡箍分件不会散开，但是在卡箍分件未进行紧固作业时，卡箍分件很容易分散开来；而在卡箍安装槽内设置有挡杆，使得即使卡箍分件未进行紧固作业，多个卡箍分件也能被串联在一起，不会随意分散脱离，方便固定组件100的存储、运输，且在装配时，多个卡箍分件被串联在一起，不会随意脱落，也方便进行安装装配，特别是在海中进行安装时，卡箍分件不会掉落至海中，完全遗失。需要理解的是，参照上述内容，其他卡箍分件也对应连接有挡杆。在本实施例中，挡杆为塑料棒材，在装配过程中可以有效防止箍紧连接件150的掉落，便捷施工。

参照图2和图4，在本发明的一些实施例中，固定组件100还包括柔性垫块190，柔性垫块190设置在第一卡箍分件110以及第二卡箍分件120的内侧壁上，柔性垫块190用于抵接管缆300。

由于卡箍分件一般有硬质材料制成，常规的，为了箍紧管缆300，需要增加卡箍分件对管缆300的箍紧力，但是对管缆300太过紧箍，容易损伤管缆300。故设置有柔性垫块190，相比硬质的卡箍分件，柔性的柔性垫块190，一方面，柔性垫块190由柔性材料(比如橡胶、硅胶等)制成，相比硬质材料，柔性垫块190对管缆300的摩擦系数更大，故柔性垫块190与管缆300之间的摩擦阻力更大，紧箍效果更好；另一方面，柔性垫块190具有一定的弹性，可以轻微变形，不易箍伤管缆300。需要理解的是，柔性垫块190和卡箍分件的连接，可以是粘接、一体式连接(双色模具注塑后一体成型)、卡扣连接等连接方式。需要理解的是，其他卡箍分件的内侧壁上也设置有柔性垫块190。在本实施例中，卡箍分件由高强环氧树脂基复合材料制备而成，内侧设置沟槽用于柔性垫块190的嵌入安装，二者采用粘接的方式连接。

参照图1、图2和图3，在本发明的一些实施例中，浮力组件200包括两个浮力半瓦块220，浮力半瓦块220为带有内部凹槽的半圆柱体，两个浮力半瓦块220抱合连接成一个圆柱体，两个浮力半瓦块220的内部凹槽组合形成安装通孔210。

浮力半瓦块220由耐磨抗冲击塑料材质的半圆柱筒状外壳体，外壳体内部完全填充固体浮力材料复合制备而成。需要理解的是，两个浮力半瓦块220在抱合后，可以通过粘接、焊接、卡扣连接、螺栓连接等方式进行连接。

内部凹槽位于浮力半瓦块220内弧面，而固定组件100在浮力半瓦块220的安装位置则是居中设置(即安装通孔210两端的限位凸起对称设置)，安装通孔210的直径略大于固定组件100(卡箍分件组合件)的外直径，配合间隙控制在10～50mm，故安装通孔210和固定组件100间隙配合；更进一步的，沿安装通孔210轴向，两个限位凸起之间的距离也略大于固定组件100(卡箍分件组合件)的长度，充分保证浮力组件200相对固定组件100可以转动，不会因为固定组件100与限位凸起之间具有摩擦阻力而影响。

参照图1、图2、图3和图5，在本发明的一些实施例中，浮力半瓦块220的两侧均设置有浮力连接通孔221，浮力半瓦块220的外周面两侧均设置有螺栓安装槽222，螺栓安装槽222与浮力连接通孔221连通，两个浮力半瓦块220抱合连接后，两个浮力半瓦块220的浮力连接通孔221相连通。

浮力组件200还包括浮力连接螺栓230和浮力连接螺母240，浮力连接螺栓230依次穿过两个浮力半瓦块220的浮力连接通孔221后和浮力连接螺母240螺纹连接；需要进一步理解的是，浮力组件200还包括浮力螺栓垫片250，浮力螺栓垫片250为方形带孔金属板，安装在浮力半瓦块220的螺栓安装槽222的底部，对浮力半瓦块220组对连接紧固受力位置进行局部增强。

设置有浮力连接通孔221，方便浮力连接螺栓230穿过；而设置有螺栓安装槽222，则可以容置浮力连接螺栓230的螺栓头和浮力连接螺母240，使得浮力组件200的外观结构圆滑、无突出物，结合上述环境载荷对浮力装置的影响的内容可知，这样设置，可以减少浮力组件200的受力点(比如洋流流过浮力组件200表面时，更加流畅顺利，不会因受到突出物的阻挡而带动浮力组件200移动)，降低环境载荷对浮力装置的影响。需要理解的是，浮力连接通孔221、螺栓安装槽222均对称设置，且在某一侧，浮力连接通孔221设置有两个(螺栓安装槽222对应设置有两个)，即一个浮力半瓦块220上设置有四个浮力连接通孔221。

参照图1、图2、图3和图5，在本发明的一些实施例中，浮力半瓦块220的外周面还设置有抱箍安装槽223，抱箍安装槽223的两端分别连接浮力半瓦块220两侧的螺栓安装槽222。

浮力组件200还包括外部抱箍260，外部抱箍260设置在抱箍安装槽223内，外部抱箍260的两端分别伸入到浮力半瓦块220两侧的螺栓安装槽222内。浮力连接螺栓230依次穿过一个(浮力半瓦块220上的)外部抱箍260的端部、两个浮力半瓦块220的浮力连接通孔221、另一个(浮力半瓦块220上的)外部抱箍260的端部后和浮力连接螺母240螺纹连接。外部抱箍260的外形结构与浮力半瓦块220外侧的抱箍安装槽223的结构形式相匹配，安装时外部抱箍260贴合在抱箍安装槽223内。外部抱箍260、浮力连接螺栓230、浮力连接螺母240(浮力螺栓垫片250)共同组成外部紧固系统，外部紧固系统的部件均采用耐海水腐蚀的金属材料制备，使用时相互配合，通过拧紧浮力连接螺母240带动外部抱箍260箍紧，外部紧固系统用于浮力半瓦块220的组对抱合连接后的安装紧固，每套分布式浮力装置设置两套外部紧固系统。通过外部抱箍260辅助连接两个浮力半瓦块220，使得在满足浮力半瓦块220抱合连接紧固功能的基础上，通过增加外部抱箍260与浮力半瓦块220的接触面积，避免了由于应力集中而导致的材料变形或者破坏，保障分布式浮力装置整体结构的可靠性。设置抱箍安装槽223，用于容置外部抱箍260，使得浮力组件200的外观结构圆滑、无突出物，减少浮力组件200的受力点，降低环境载荷对浮力装置的影响。

参照图1、图2和图3，在本发明的一些实施例中，在浮力半瓦块220抱合连接的连接面上的一侧设置有定位凸起224，在浮力半瓦块220抱合连接的连接面上的另一侧设置有定位凹槽225，在两个浮力半瓦块220抱合连接时，一个浮力半瓦块220的定位凸起224插入另一个浮力半瓦块220的定位凹槽225内。

定位凸台和定位凹槽225分别位于浮力半瓦块220配合连接面的两侧，居中设置，相互配合，用于浮力半瓦块220组对安装时的快速定位及装配辅助；定位凹槽225的几何尺寸略微大于定位凸台的几何尺寸，方便安装。在外部抱箍260装配前，两个浮力半瓦块220抱合连接并不牢固，容易松散，故设置定位凸起224插入定位凹槽225，起到一定的固定作用；而最重要的是，需要保证固定组件100在安装通孔210内间隙配合，可以相对转动，而安装通孔210(浮力半瓦块220内部凹槽)的设计尺寸保证了两组件在径向方向上的间隙配合，而装配完成后，需要保证两组件在轴向方向上的间隙配合，故需要定位凸起224、定位凹槽225来准确定位两浮力半瓦块220的轴向位置，保证两者在轴向上正确定位，而两侧都有定位凸起224插入定位凹槽225，则进一步保证两浮力半瓦块220装配时不偏斜，不会卡住固定组件100。需要理解的是，因为上述多个槽、孔均为对称设置，参照图2，以固定组件100的轴线为旋转基准线，使得一个浮力半瓦块220旋转180度，即会发现两个浮力半瓦块220为相同结构，故虽然有两个浮力半瓦块220，但两个浮力半瓦块220均为同样的结构，可以采用同一模具进行生产，在装配时也可以任意取用两个浮力半瓦块220来进行组装，故方便浮力装置的生产和装配。

参照图1、图2和图3，在本发明的一些实施例中，浮力半瓦块220的外周面还设置有铭牌安装槽226，铭牌安装槽226用于安装铭牌。

铭牌安装槽226位于浮力半瓦块220的外弧面(或者说外周面)上，居中设置，槽深5～10mm，用于分布式浮力装置铭牌的安装，也可以直接在模具上进行标识刻槽，在铭牌安装槽226区域形成自带的标识。同理，铭牌安装槽226的设置，使得浮力组件200的外观结构圆滑、无突出物，减少浮力组件200的受力点，降低环境载荷对浮力装置的影响。

参照图1、图2和图3，在本发明的一些实施例中，浮力半瓦块220设置有吊装通孔227，吊装通孔227设置在浮力半瓦块220的端面上，吊装通孔227连通螺栓安装槽222。

吊装通孔227为浮力半瓦块220上/下端面至相邻螺栓安装槽222侧面之间的贯穿孔，用于浮力半瓦块220吊装工况下吊具的连接，每个浮力半瓦块220对称设置四个吊装孔，满足浮力半瓦块220吊装工况下的受力要求。吊装通孔227连通螺栓安装槽222，使得固定物体可以从浮力半瓦块220的端面进入吊装通孔227后，再从螺栓安装槽222内伸出，充分利用了螺栓安装槽222的剩余空间，使得螺栓安装槽222一槽多用，节省加工工序和加工时间，方便生产，也防止过多在浮力半瓦块220开槽而影响浮力半瓦块220的结构强度。

参照图1、图2和图6，在本发明的一些实施例中，第一限位凸起211远离第二限位凸起212的一端(的内壁上)设置有第一喇叭口结构213，第二限位凸起212远离第一限位凸起211的一端(的内壁上)设置有第二喇叭口结构214。

需要理解的是，垂直于安装通孔210的轴线，且经过限位凸起的平面为截面，以安装通孔210的轴线与该截面的交点为圆心，第一限位凸起211的最大内接圆的直径略微大于管缆300的外径(直径)，设计配合间隙控制在10～50mm；更进一步的，在本实施例中，限位凸起在该截面上为圆环状，故该圆环状限位凸起的直径略微大于管缆300的外径。防止管缆300紧紧抵接限位凸起，妨碍浮力组件200转动，且直接给浮力组件200传递热量。

第一限位凸起211及第二限位凸起212上设置喇叭口结构，喇叭口结构的角度与管缆300最小弯曲半径时(即弯曲半径最小、曲率最大时)的弯曲角度相匹配，方便管缆300弯曲，满足管缆300最小弯曲半径的要求(管缆300线型构型需要管缆300弯曲)，保证管缆300在进行最小弯曲半径的弯曲时不会受到限位凸起内壁的阻碍。

参照图1至图6，根据本发明实施例的分布式浮力装置的安装方法，包括如下步骤：安装固定组件100，将固定组件100夹持固定在管缆300上；安装浮力组件200，将两个半圆柱状浮力半瓦块220抱合连接成一个圆柱体，并包夹住固定组件100，圆柱体的轴心部分具有安装通孔210，安装通孔210的两端均设置有限位凸起，固定组件100位于安装通孔210内，且固定组件100位于两端的限位凸起之间，并且固定组件100和安装通孔210(或者说圆柱体)间隙配合；固定浮力组件200，将外部抱箍260的主体部分放置在半圆柱状浮力半瓦块220外周面的抱箍安装槽223内，并使得外部抱箍260的两端端部分别伸入到半圆柱状浮力半瓦块220两侧的螺栓安装槽222内，浮力连接螺栓230依次穿过放置在一个浮力半瓦块220上的外部抱箍260的端部、一个浮力半瓦块220的浮力连接通孔221、另一个浮力半瓦块220的浮力连接通孔221、放置在另一个浮力半瓦块220上的外部抱箍260的端部后和浮力连接螺母240螺纹连接，从而把两个抱合连接的半圆柱状浮力半瓦块220固定住。

浮力半瓦块220是半圆柱筒状带有内部凹槽的半瓦结构，两片浮力半瓦块220组对配合使用，通过外部抱箍260箍紧两片浮力半瓦块220，并使得浮力半瓦块220环套在固定组件100上(固定组件100和两片浮力半瓦块220间隙配合)，而固定组件100安装在管缆300外壁上，从而形成一个沿管缆300轴线方向相对固定但圆周方向可以自由转动的带有浮力的圆柱筒体，为管缆300提供设计线型所需的浮力，且有效降低环境载荷对浮力装置和管缆300的不良影响。

下面进一步展开描述安装固定组件100步骤：

将卡箍连接螺母140拧开后，三个卡箍分件跨放在提前确定的管缆300安装位置上，通过液压紧固安装工具加压至设计压力拉紧凸起安装结构，带动箍紧连接件150拉紧后，使三个卡箍分件收紧，并通过卡箍分件内侧的柔性垫块190作用在管缆300上，之后再安装卡箍连接螺母140并拧紧。安装完成后的固定组件100可以提供分布式浮力装置所需的抗滑脱力。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种分布式浮力装置，用于固定在管缆上，给所述管缆提供浮力，其特征在于，包括：

固定组件，用于固定在所述管缆上；

浮力组件，设置有安装通孔，所述浮力组件用于提供浮力，所述固定组件位于所述安装通孔内，所述固定组件和所述安装通孔间隙配合，所述浮力组件相对所述固定组件可以转动，所述安装通孔的一端内壁上设置有第一限位凸起，所述安装通孔的另一端内壁上设置有第二限位凸起，所述固定组件位于所述第一限位凸起和所述第二限位凸起之间，所述第一限位凸起和所述第二限位凸起一起用于限制所述固定组件脱离所述安装通孔。

2.根据权利要求1所述的分布式浮力装置，其特征在于，所述固定组件包括第一卡箍分件、第二卡箍分件和卡箍连接螺栓，所述第一卡箍分件的一端和所述第二卡箍分件的一端连接，所述第一卡箍分件的另一端设置有第一卡箍连接通孔，所述卡箍连接螺栓穿过所述第一卡箍连接通孔连接所述第二卡箍分件的另一端，所述第一卡箍分件和所述第二卡箍分件用于夹持在所述管缆上，所述卡箍连接螺栓用于使所述第一卡箍分件和所述第二卡箍分件夹紧所述管缆。

3.根据权利要求2所述的分布式浮力装置，其特征在于，所述固定组件还包括箍紧连接件，所述第一卡箍分件的外周面设置有第一卡箍安装槽，所述第一卡箍安装槽沿所述第一卡箍分件的周向延伸，所述第二卡箍分件的外周面设置有第二卡箍安装槽，所述第二卡箍安装槽沿所述第二卡箍分件的周向延伸，所述箍紧连接件的一端连接所述第一卡箍分件的所述另一端，所述箍紧连接件设置在所述第一卡箍安装槽以及所述第二卡箍安装槽内，所述箍紧连接件的另一端连接所述第二卡箍分件的所述另一端。

4.根据权利要求3所述的分布式浮力装置，其特征在于，所述固定组件还包括第一挡杆和第二挡杆，所述第一挡杆的一端连接所述第一卡箍安装槽的上侧壁，所述第一挡杆的另一端连接所述第一卡箍安装槽的下侧壁，所述第一挡杆用于阻挡所述箍紧连接件脱离所述第一卡箍安装槽，所述第二挡杆的一端连接所述第二卡箍安装槽的上侧壁，所述第二挡杆的另一端连接所述第二卡箍安装槽的下侧壁，所述第二挡杆用于阻挡所述箍紧连接件脱离所述第二卡箍安装槽。

5.根据权利要求2所述的分布式浮力装置，其特征在于，所述固定组件还包括柔性垫块，所述柔性垫块设置在所述第一卡箍分件以及所述第二卡箍分件的内侧壁上，所述柔性垫块用于抵接所述管缆。

6.根据权利要求1所述的分布式浮力装置，其特征在于，所述浮力组件包括两个浮力半瓦块，所述浮力半瓦块为带有内部凹槽的半圆柱体，所述两个所述浮力半瓦块抱合连接成一个圆柱体，所述两个所述浮力半瓦块的所述内部凹槽组合形成所述安装通孔。

7.根据权利要求6所述的分布式浮力装置，其特征在于，所述浮力半瓦块的两侧均设置有浮力连接通孔，所述浮力半瓦块的外周面两侧均设置有螺栓安装槽，所述螺栓安装槽与所述浮力连接通孔连通，所述两个所述浮力半瓦块抱合连接后，所述两个所述浮力半瓦块的浮力连接通孔相连通。

8.根据权利要求7所述的分布式浮力装置，其特征在于，所述浮力半瓦块的外周面还设置有抱箍安装槽，所述抱箍安装槽的两端分别连接所述浮力半瓦块两侧的螺栓安装槽。

9.根据权利要求6所述的分布式浮力装置，其特征在于，在所述浮力半瓦块抱合连接的连接面上的一侧设置有定位凸起，在所述浮力半瓦块抱合连接的连接面上的另一侧设置有定位凹槽，在两个所述浮力半瓦块抱合连接时，一个所述浮力半瓦块的所述定位凸起插入另一个所述浮力半瓦块的所述定位凹槽内。

10.一种分布式浮力装置的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：

安装固定组件，将固定组件夹持固定在管缆上；

安装浮力组件，将两个半圆柱状浮力半瓦块抱合连接成一个圆柱体，并包夹住固定组件，圆柱体的轴心部分具有安装通孔，安装通孔的两端均设置有限位凸起，固定组件位于安装通孔内，且固定组件位于两端的限位凸起之间，并且固定组件和安装通孔间隙配合；

固定浮力组件，将外部抱箍的主体部分放置在半圆柱状浮力半瓦块外周面的抱箍安装槽内，并使得外部抱箍的两端端部分别伸入到半圆柱状浮力半瓦块两侧的螺栓安装槽内，浮力连接螺栓依次穿过放置在一个浮力半瓦块上的外部抱箍的端部、一个浮力半瓦块的浮力连接通孔、另一个浮力半瓦块的浮力连接通孔、放置在另一个浮力半瓦块上的外部抱箍的端部后和浮力连接螺母螺纹连接，从而把两个抱合连接的半圆柱状浮力半瓦块固定住。

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