CN115750550A - 一种适用于水下机器人操作的海管卡具及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于水下机器人操作的海管卡具，包括有导管卡子和管缆卡子，导管卡子和管缆卡子之间设有使两者连接的连接件，导管卡子设有一对第一管卡，管缆卡子设有一对第二管卡，一对第一管卡、一对第二管卡均在一端处通过铰接组件连接，并且在另一端处通过卡接结构连接。安装方法，包括以下步骤:吊装海管卡具；ROV水下机器人使导管卡子夹持钢管桩；提拉海底的管缆；ROV水下机器人使管缆卡子夹持管缆；本发明的有益效果：本卡具的结构设计及安装方法考虑到ROV水下机器人的操作能力，确保可以由ROV水下机器人代替潜水员来执行海管卡具的安装作业，避免潜水员水下操作的施工风险，极大提高海上施工效率，同时降低海上安装成本。

Description

一种适用于水下机器人操作的海管卡具及其安装方法

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，具体涉及一种适用于水下机器人操作的海管卡具及其安装方法。

背景技术

导管架平台，又称桩式平台，是由打入海底的桩柱来支承整个平台，能经受海风、海浪、海流等外力作用，导管架平台可分为群桩式、桩基式和腿柱式，导管架平台主要由导管架、桩、导管架帽和甲板四部分组成，具有适应性强、安全可靠、结构简单、造价低的优点。

ROV，即遥控无人潜水器，无人水下航行器的一种，系统组成一般包括：动力推进器、遥控电子通讯装置、 黑白或彩色摄像头、摄像俯仰云台、用户外围传感器接口、实时在线显示单元、导航定位装置、自动舵手导航单元、辅助照明灯和凯夫拉零浮力拖缆等单元部件。其功能多种多样，不同类型的ROV用于执行不同的任务，被广泛应用于军队、海岸警卫、海事、海关、核电、水利、水电、海洋石油、渔业、海上救助、管线探测和海洋科学研究等各个领域。

导管架平台通过海底的管缆跟其他平台或者水下设施相连，管缆需要从海底沿导管架到达海平面以上的平台处，管缆通过海管卡具固定在导管架平台上，传统的海管卡具的安装由空气潜水员来完成，深水的区域则由饱和潜水员来完成，由于现有的传统海管卡具需要由潜水员来完成安装，因此需要更多的潜水工作时间、增减压时间和动复员时间，并且潜水员的水下作业的安全风险较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于水下机器人操作的海管卡具及其安装方法，本卡具的设计考虑到ROV水下机器人的操作能力，确保可以由ROV水下机器人代替潜水员来执行海管卡具的安装作业，避免潜水员水下操作的施工风险，极大提高海上施工效率，同时降低海上安装成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于水下机器人操作的海管卡具，包括有导管卡子和管缆卡子，所述的导管卡子和管缆卡子之间设有使两者连接的连接件，所述的导管卡子设有一对第一管卡，所述的管缆卡子设有一对第二管卡，一对所述的第一管卡、一对所述的第二管卡均在一端处通过铰接组件连接，并且在另一端处通过卡接结构连接，所述的卡接结构包括卡接插件和卡接基座，所述的卡接插件包括安装支座、转轴、摆动杆、ROV螺母，所述的转轴竖直设置在安装支座上，所述的摆动杆设置在转轴的侧面，所述的摆动杆的端部通过螺纹连接ROV螺母，所述的卡接基座上设有能与摆动杆卡接的卡槽，当摆动杆与卡槽卡接后，可旋动ROV螺母向卡接基座的方向运动，使ROV螺母抵压在卡接基座上。

进一步地，所述的ROV螺母的底部设有圆环，所述的圆环套接在摆动杆上。

进一步地，所述的ROV螺母的顶部设有盖帽，所述的盖帽呈锥体结构。

进一步地，一对所述的第一管卡中的一个的顶部设有导向推动块，所述的导向推动块在第一管卡侧面的切线方向上延伸且经过第一管卡一端处的上方。

进一步地，所述的安装支座上设有多个沿转轴的轴向方向上排列且间隔设置的支板，所述的摆动杆设有多个，且被配置为每两个支板的中间处设置至少一个，所述的卡槽在卡接基座上且配合摆动杆设有多个。

进一步地，所述的卡槽的内侧面设有向下凹陷且可容纳摆动杆的凹槽。

进一步地，所述的卡槽的槽口呈倒梯形结构。

本发明还提供了一种适用于水下机器人操作的海管卡具的安装方法，包括以下步骤：

步骤一：为海管卡具装配吊装索具，并根据在导管架平台安装的最终形态来调整导管卡子和管缆卡子的开口方向，由导管架平台上的绞车或者吊机将海管卡具下放至预计的水下深度；

步骤二：利用ROV水下机器人来推动海管卡具，使导管卡子在导管架平台的钢管桩处就位，ROV水下机器人推动导管卡子，使导管卡子闭合并夹持钢管桩；

步骤三：ROV水下机器人推动导管卡子上的摆动杆，并使其与导管卡子上的卡接基座卡接，然后利用ROV扭矩扳手来旋紧ROV螺母，使ROV螺母抵压在卡接基座上，完成导管卡子的锁紧作业；

步骤四：依次完成在导管架平台的钢管桩上的多个导管卡子的安装，确保所有管缆卡子处于打开状态，且开口方向相同；

步骤五：利用绞车或者吊机来将海底的管缆提拉至导管架平台的上方；

步骤六：ROV水下机器人协助将管缆推入至管缆卡子中，顺序为最下方的管缆卡子依次向上；

步骤七：ROV水下机器人推动并闭合管缆卡子，然后推动管缆卡子上的摆动杆，并使其与管缆卡子的卡接基座卡接，利用ROV扭矩扳手来旋紧ROV螺母，使ROV螺母抵压在卡接基座上，完成管缆卡子的锁紧作业；

步骤八：依次向上完成管缆在管缆卡子中的就位，并执行管缆卡子的锁紧作业，完成海管卡具在导管架平台上的水下安装作业。

进一步地，在所述的步骤二中，ROV水下机器人使导管卡子夹持钢管桩的操作步骤为：ROV水下机器人推动一个第一管卡，并使其内侧面贴合在钢管桩的外壁，同时，钢管桩推压导向推动块，导向推动块驱使另一个第一管卡向一个第一管卡贴近，一对第一管卡自动闭合并夹持钢管桩。

本发明的有益效果为：本卡具的结构设计及安装方法考虑到ROV水下机器人的操作能力，确保可以由ROV水下机器人代替潜水员来执行海管卡具的安装作业，有利于海管卡具在导管架平台的水下安装作业，避免潜水员水下操作的施工风险，极大提高海上施工效率，同时降低海上安装成本。

附图说明

图1是本发明一种适用于水下机器人操作的海管卡具的结构示意图，其中导管卡子处于打开状态，管缆卡子处于闭合状态。

图2是本发明一种适用于水下机器人操作的海管卡具的结构示意图，其中导管卡子处于闭合状态，管缆卡子处于打开状态。

图3是本发明一种适用于水下机器人操作的海管卡具的实际应用示意图。

具体实施方式

下面将结合的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。

如图1、图2和图3所示，一种适用于水下机器人操作的海管卡具，包括有导管卡子1和管缆卡子2，所述的导管卡子1和管缆卡子2之间设有使两者连接的连接件3，所述的导管卡子1设有一对第一管卡4，所述的管缆卡子2设有一对第二管卡5，一对所述的第一管卡4、一对所述的第二管卡5均在一端处通过铰接组件6连接，并且在另一端处通过卡接结构连接，所述的卡接结构包括卡接插件7和卡接基座8，所述的卡接插件7包括安装支座9、转轴10、摆动杆11、ROV螺母12，所述的转轴10竖直设置在安装支座9上，所述的摆动杆11设置在转轴10的侧面，所述的摆动杆11的端部通过螺纹连接ROV螺母12，所述的卡接基座8上设有能与摆动杆11卡接的卡槽13，当摆动杆11与卡槽13卡接后，可旋动ROV螺母12向卡接基座8的方向运动，使ROV螺母12抵压在卡接基座8上。

在本实施例中，首先，利用绞车或者吊机来对本卡具进行吊装，并根据在导管架平台安装的最终形态结果来调整导管卡子1和管缆卡子2的开口方向，然后将本卡具下放至预计的水下深度，当本卡具下放至目标位置后，导管卡子1的开口会对应于导管架平台的钢管桩19，由于一对第一管卡4在其一端处借助铰接组件6连接，因此可利用两个ROV水下机器人来推动一对第一管卡4，使第一管卡4与钢管桩19贴合，并使一对第一管卡4夹持钢管桩19，接着ROV水下机器人推动导管卡子1上的摆动杆11，摆动杆11以转轴10为中心进行移动，靠近导管卡子1上的卡接基座8，并置于卡接座8的卡槽13中，摆动杆11与卡槽13卡接后，ROV水下机器人操作ROV扭矩扳手，旋动摆动杆11上的ROV螺母12，ROV螺母12往卡接基座8的方向移动，并抵压在卡接基座8上，完成导管卡子1在钢管桩19上的锁紧作业，以此保证导管卡子1能稳定夹持在钢管桩19上；再次利用绞车或者吊机来将海底的管缆20提拉至导管架平台的上方，并调整管缆20的位置，使管缆20对应并靠近管缆卡子2，由于一对第二管卡5在其一端处借助铰接组件6连接，因此可利用一个ROV水下机器人将管缆20推入至管缆卡子2中，使管缆20贴合一对第二管卡5中的一个的内侧面，另一个ROV水下机器人则推动一对第二管卡5中的另一个，使一对第二管卡5闭合，管缆卡子2夹持管缆20，接着ROV水下机器人推动管缆卡子2上的摆动杆11，靠近管缆卡子2上的卡接基座8，并置于卡接基座8的卡槽13中，摆动杆11与卡槽13卡接后，ROV水下机器人操作ROV扭矩扳手，旋动摆动杆11上的ROV螺母12，ROV螺母12往卡接基座8的方向移动，并抵压在卡接基座8上，完成管缆卡子2在管缆20上的锁紧作业，以此保证管缆卡子2能稳定夹持管缆20；需要说明的是，由于需要将管缆20从海底延伸至海平面以上的平台处，并为保证管缆20能沿钢管桩19稳定设置，因此钢管桩19处会设置多个本卡具，多个管缆卡子2的开口方向均保持相同。本卡具在整个安装过程中，仅利用到绞车、吊机和ROV水下机器人的机械设备，确保可以由ROV水下机器人代替潜水员来执行本卡具的安装作业，有利于本卡具在导管架平台的水下安装作业，避免潜水员水下操作的施工风险，极大提高海上施工效率，同时降低海上安装成本。

所述的ROV螺母12的底部设有圆环14，所述的圆环14套接在摆动杆11上。在摆动杆11具备一定长度以形成与卡槽13处于稳定的卡接状态下，圆环14能够减少ROV螺母12的旋拧次数，简单地旋拧ROV螺母12，便可使ROV螺母12通过圆环14抵压在卡接座11上，圆环14起到ROV螺母12的固定作用，相比直接使用加厚型螺母，圆环14的工艺设计能减少生产成本。

所述的ROV螺母12的顶部设有盖帽15，所述的盖帽15呈锥体结构。盖帽15的锥体结构设计的作用为使ROV扭矩扳手能沿着锥体的斜面与ROV螺母12进行准确对接，以保证ROV螺母12的旋拧稳定又快速。

一对所述的第一管卡4中的一个的顶部设有导向推动块16，所述的导向推动块16在第一管卡4侧面的切线方向上延伸且经过第一管卡4一端处的上方。导向推动块16的设计使单个ROV水下机器人就能完成导管卡子1在钢管桩19上的安装作业，无需多个ROV水下机器人协同工作，在导管卡子1处于打开状态下，并使其内侧面贴合在钢管桩19的外壁，此时，钢管桩19会推压导向推动块16，导向推动块16驱使另一个第一管卡4向一个第一管卡4贴近，最终使一对第一管卡4自动闭合并夹持钢管桩19。

所述的安装支座9上设有多个沿转轴10的轴向方向上排列且间隔设置的支板17，所述的摆动杆11设有多个，且被配置为每两个支板17的中间处设置至少一个，所述的卡槽13在卡接基座8上且配合摆动杆11设有多个。多个摆动杆11和多个卡槽13的组合设计为适配于具备一定高度的导管卡子1和管缆卡子2，支板17用于支撑摆动杆11，并且限制摆动杆11的所在位置，以保证摆动杆11与卡槽13顺利对接，进而保证导管卡子1能够稳定夹持并锁紧钢管桩19，也保证管缆卡子2能够稳定夹持并锁紧管缆20，同时，设计一定高度的导管卡子1和管缆卡子2具备抗冲击和耐负荷性能，使用寿命长。

所述的卡槽13的内侧面设有向下凹陷且可容纳摆动杆11的凹槽18。当摆动杆11进入卡槽13内后，摆动杆11会卡接在凹槽18上，以使摆动杆11不易脱离卡槽13，保证导管卡子1和管缆卡子2能持续并稳定闭合锁紧。

所述的卡槽13的槽口呈倒梯形结构。呈倒梯形结构的槽口能够使摆动杆11在推入的过程中更容易移动至卡槽13内，无需ROV水下机器人调整摆动杆11的所在位置，避免出现摆动杆11无法顺利推入卡槽13的情况。

本发明还提供一种适用于水下机器人操作的海管卡具的安装方法，包括以下步骤：

步骤一：为海管卡具装配吊装索具，并根据在导管架平台安装的最终形态来调整导管卡子1和管缆卡子2的开口方向，由导管架平台上的绞车或者吊机将海管卡具下放至预计的水下深度；

步骤二：利用ROV水下机器人来推动海管卡具，使导管卡子1在导管架平台的钢管桩19处就位，然后ROV水下机器人推动一个第一管卡4，并使其内侧面贴合在钢管桩19的外壁，同时，钢管桩19推压导向推动块16，导向推动块16驱使另一个第一管卡4向一个第一管卡4贴近，一对第一管卡4自动闭合并夹持钢管桩19；

步骤三：ROV水下机器人推动导管卡子1上的摆动杆11，并使其与导管卡子1上的卡接基座8卡接，然后利用ROV扭矩扳手来旋紧ROV螺母12，使ROV螺母12抵压在卡接基座8上，完成导管卡子1的锁紧作业；

步骤四：依次完成在导管架平台的钢管桩19上的多个导管卡子1的安装，确保所有管缆卡子2处于打开状态，且开口方向相同；

步骤五：利用绞车或者吊机来将海底的管缆20提拉至导管架平台的上方；

步骤六：ROV水下机器人协助将管缆20推入至管缆卡子2中，顺序为最下方的管缆卡子2依次向上；

步骤七：ROV水下机器人推动并闭合管缆卡子2，然后推动管缆卡子2上的摆动杆11，并使其与管缆卡子2的卡接基座8卡接，利用ROV扭矩扳手来旋紧ROV螺母10，使ROV螺母12抵压在卡接基座8上，完成管缆卡子2的锁紧作业；

步骤八：依次向上完成管缆20在管缆卡子2中的就位，并执行管缆卡子2的锁紧作业，完成海管卡具在导管架平台上的水下安装作业。

本卡具的安装方法体现出与ROV水下机器人操作的适配性，确保可以由ROV水下机器人代替潜水员来执行本卡具的安装作业，有利于本卡具在导管架平台的水下安装作业，避免潜水员水下操作的施工风险，极大提高海上施工效率，同时降低海上安装成本。

Claims (9)

1.一种适用于水下机器人操作的海管卡具，包括有导管卡子（1）和管缆卡子（2），其特征在于：所述的导管卡子（1）和管缆卡子（2）之间设有使两者连接的连接件（3），所述的导管卡子（1）设有一对第一管卡（4），所述的管缆卡子（2）设有一对第二管卡（5），一对所述的第一管卡（4）、一对所述的第二管卡（5）均在一端处通过铰接组件（6）连接，并且在另一端处通过卡接结构连接，所述的卡接结构包括卡接插件（7）和卡接基座（8），所述的卡接插件（7）包括安装支座（9）、转轴（10）、摆动杆（11）、ROV螺母（12），所述的转轴（10）竖直设置在安装支座（9）上，所述的摆动杆（11）设置在转轴（10）的侧面，所述的摆动杆（11）的端部通过螺纹连接ROV螺母（12），所述的卡接基座（8）上设有能与摆动杆（11）卡接的卡槽（13），当摆动杆（11）与卡槽（13）卡接后，可旋动ROV螺母（12）向卡接基座（8）的方向运动，使ROV螺母（12）抵压在卡接基座（8）上。

2.根据权利要求1所述的适用于水下机器人操作的海管卡具，其特征在于：所述的ROV螺母（12）的底部设有圆环（14），所述的圆环（14）套接在摆动杆（11）上。

3.根据权利要求2所述的适用于水下机器人操作的海管卡具，其特征在于：所述的ROV螺母（12）的顶部设有盖帽（15），所述的盖帽（15）呈锥体结构。

4.根据权利要求3所述的适用于水下机器人操作的海管卡具，其特征在于：一对所述的第一管卡（4）中的一个的顶部设有导向推动块（16），所述的导向推动块（16）在第一管卡（4）侧面的切线方向上延伸且经过第一管卡（4）一端处的上方。

5.根据权利要求4所述的适用于水下机器人操作的海管卡具，其特征在于：所述的安装支座（9）上设有多个沿转轴（10）的轴向方向上排列且间隔设置的支板（17），所述的摆动杆（11）设有多个，且被配置为每两个支板（17）的中间处设置至少一个，所述的卡槽（13）在卡接基座（8）上且配合摆动杆（11）设有多个。

6.根据权利要求5所述的适用于水下机器人操作的海管卡具，其特征在于：所述的卡槽（13）的内侧面设有向下凹陷且可容纳摆动杆（11）的凹槽（18）。

7.根据权利要求6所述的适用于水下机器人操作的海管卡具，其特征在于：所述的卡槽（13）的槽口呈倒梯形结构。

8.一种根据权利要求4～7任意一项所述的适用于水下机器人操作的海管卡具的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：为海管卡具装配吊装索具，并根据在导管架平台安装的最终形态来调整导管卡子（1）和管缆卡子（2）的开口方向，由导管架平台上的绞车或者吊机将海管卡具下放至预计的水下深度；

步骤二：利用ROV水下机器人来推动海管卡具，使导管卡子（1）在导管架平台的钢管桩（19）处就位，ROV水下机器人推动导管卡子（1），使导管卡子（1）闭合并夹持钢管桩（19）；

步骤三：ROV水下机器人推动导管卡子（1）上的摆动杆（11），并使其与导管卡子（1）上的卡接基座（8）卡接，然后利用ROV扭矩扳手来旋紧ROV螺母（12），使ROV螺母（12）抵压在卡接基座（8）上，完成导管卡子（1）的锁紧作业；

步骤四：依次完成在导管架平台的钢管桩（19）上的多个导管卡子（1）的安装，确保所有管缆卡子（2）处于打开状态，且开口方向相同；

步骤五：利用绞车或者吊机来将海底的管缆（20）提拉至导管架平台的上方；

步骤六：ROV水下机器人协助将管缆（20）推入至管缆卡子（2）中，顺序为最下方的管缆卡子（2）依次向上；

步骤七：ROV水下机器人推动并闭合管缆卡子（2），然后推动管缆卡子（2）上的摆动杆（11），并使其与管缆卡子（2）的卡接基座（8）卡接，利用ROV扭矩扳手来旋紧ROV螺母（10），使ROV螺母（12）抵压在卡接基座（8）上，完成管缆卡子（2）的锁紧作业；

步骤八：依次向上完成管缆（20）在管缆卡子（2）中的就位，并执行管缆卡子（2）的锁紧作业，完成海管卡具在导管架平台上的水下安装作业。

9.根据权利要求8所述的安装方法，其特征在于：在所述的步骤二中，ROV水下机器人使导管卡子（1）夹持钢管桩（19）的操作步骤为：ROV水下机器人推动一个第一管卡（4），并使其内侧面贴合在钢管桩（19）的外壁，同时，钢管桩（19）推压导向推动块（16），导向推动块（16）驱使另一个第一管卡（4）向一个第一管卡（4）贴近，一对第一管卡（4）自动闭合并夹持钢管桩（19）。

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