CN119797218B - 一种海上油管可调举升夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海上油管可调举升夹持装置。其包括两个相对设置的可调举升夹持单元；每个可调举升夹持单元均包括举升装置、旋转抱夹装置以及辅助支撑装置；其中，旋转抱夹装置包括第一支架、第二支架、第一半环块、第二半环块、第一半齿圈、第二半齿圈、多个夹具以及驱动机构；第一支架、第二支架均其沿X方向滑动设置在举升装置的顶部。本发明通过两个举升装置的高度差来控制油管的俯仰角变换，并且两个举升装置能够平移调整间距，以适配不同规格尺寸的油管；还通过旋转抱夹装置的设置能够同时实现对油管的固定和旋转角度控制，从而使得油管能够向各个方向进行灵活调节，提高了油管对接、维修和调试的效率。

Description

一种海上油管可调举升夹持装置

技术领域

本发明涉及举升夹持技术领域，特别是涉及一种海上油管可调举升夹持装置。

背景技术

海上油气开采是现代能源产业中的一个重要组成部分，尤其是在深海和超深海的油气田开发中，面临着许多复杂的技术挑战。在海上油气平台中，油管作为重要的输送介质，其需要对油管进行对接、维修、调试等操作。油管在布放到水下前，需要进行实时检测，检测操作过程中需要进行安装、升降和夹持等步骤，上述步骤通常需要在动态和复杂的海况下完成，且油管的体积和重量都较大。现有技术中，许多油管举升装置依赖于传统的夹持结构，其由两个固定的支撑夹具组成。油管被吊装放置在两个支撑夹具上，并被支撑夹具上的夹持机构固定。该支撑夹具虽然能够有效对油管进行支撑和固定，但是却不能对油管的姿态进行调节，如需要对油管进行旋转时，现有方法需要先将支撑夹具松开，随后再次将油管吊起悬空，在此状态下将油管旋转至所需角度，随后放置在支撑夹具上再次进行夹持固定。其缺乏灵活调节能力，降低了油管对接、维修和调试的效率，且具备一定的风险。

发明内容

基于此，有必要针对现有的夹持装置缺乏灵活调节能力，导致油管对接、维修和调试的效率降低的问题，提供一种海上油管可调举升夹持装置。

本发明提供了一种海上油管可调举升夹持装置，其包括两个相对设置的可调举升夹持单元；每个可调举升夹持单元均包括：

举升装置，其用于调节高度，以形成两个举升装置的高度差，通过高度差控制油管两端的倾斜角度；

旋转抱夹装置，其设置在举升装置的顶部，其用于固定油管，并带动油管旋转；以及

辅助支撑装置，其设置在举升装置的顶部，其用于在固定油管前，对油管进行支撑；

其中，旋转抱夹装置包括：

第一支架、第二支架，其沿X方向滑动设置在举升装置的顶部；

第一半环块，其沿X方向转动连接在第一支架上；

第二半环块，其沿X方向转动连接在第二支架上，且第二半环块与第一半环块沿X方向移动能够拼合成固定环；

第一半齿圈、第二半齿圈，其沿X方向移动能够拼合成回转齿圈；回转齿圈与固定环同轴设置；回转齿圈与固定环之间通过环形滑轨机构进行相对转动；

多个夹具，其设置在回转齿圈上；多个夹具用于对位于回转齿圈内的油管进行夹持固定；以及

驱动机构，其用于驱动回转齿圈在固定环上旋转。

作为优选实例，两个举升装置均为剪叉式升降机构；

两个举升装置均沿Y方向移动。

作为优选实例，辅助支撑装置包括：

两个支撑座，其沿X方向滑动设置在举升装置的顶部；

两个滚轮，其分别设置在两个支撑座上；两个滚轮靠近时用于支撑油管。

作为优选实例，第一支架、第二支架上均设置有伺服电机一，其中一个伺服电机一用于驱动第一半环块在第一支架上沿X方向旋转，另一个伺服电机一用于驱动第二半环块在第二支架上沿X方向旋转。

作为优选实例，第一半环块上设置有锁止机构，其用于对第一半环块、第二半环块在拼合时进行锁止固定，防止受力分开。

作为优选实例，固定环的端面开设有环形的滑槽轨道；环形滑轨机构包括：

多个滑轮，其滚动设置在滑槽轨道内；

与滑轮一一对应的多个连接轴，其一端与滑轮连接，另一端与回转齿圈连接。

作为优选实例，驱动机构包括：

伺服电机二，其连接在第一半环块上；

传动齿轮，其与伺服电机二的输出轴和回转齿圈相啮合。

作为优选实例，第二半环块上设置有制动器，其用于在分开的第二半环块上固定第一半齿圈或第二半齿圈。

作为优选实例，第一半齿圈、第二半齿圈上均设置有两个夹具，且回转齿圈上的四个夹具等角度分布；

其中，夹具包括：

固定板，其连接在回转齿圈上；

动力机构，其连接在固定板上，且输出端运动为直线运动；

蹄片夹爪，其与动力机构的输出端连接，以沿回转齿圈的直径方向进行直线运动。

作为优选实例，夹具还包括光电传感器，其连接在固定板上，用于检测蹄片夹爪的位置变化情况。

本发明的有益效果在于：

1、本发明通过两个举升装置的高度差来控制油管的俯仰角变换，并且两个举升装置能够平移调整间距，以适配不同规格尺寸的油管；还通过旋转抱夹装置的设置能够同时实现对油管的固定和旋转角度控制，从而使得油管能够向各个方向进行灵活调节，提高了油管对接、维修和调试的效率。

2、本发明中的旋转抱夹装置通过两个半环块的拼合、分离设计，使得其在夹持油管的同时，还能够带动油管进行旋转，从而便于对油管的角度进行调节，且调节时仍然保持对油管的固定，提高了工作中的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为海上油管可调举升夹持装置的结构示意图；

图2为旋转抱夹装置的结构示意图；

图3为第一半环块的结构示意图；

图4为滑轮、连接轴在第一半环块上安装的结构示意图；

图5为夹具的结构示意图；

图6为驱动机构的结构示意图；

图7为辅助支撑装置中其中一个支撑座的结构示意图；

图8为制动器的结构示意图。

图中：底座1、举升装置2；

旋转抱夹装置3、第一支架31、第二支架32、第一半环块33、第二半环块34、夹具35、固定板351、动力机构352、蹄片夹爪353、光电传感器354、驱动机构36、伺服电机一37、第二半齿圈38、第一半齿圈39；

辅助支撑装置4、支撑座41、滚轮42；

锁止机构5、滑轮6、连接轴7、滑槽轨道8、护罩9；

制动器10、电磁抱闸器101、从动齿轮102。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参照图1，本实施例提供了一种海上油管可调举升夹持装置，其包括底座1和两个相对设置的可调举升夹持单元。若设底座1的长度方向为Y方向，两个可调举升夹持单元则沿Y方向相对设置在底座1上，并在底座1上能够沿Y方向移动，即两个可调举升夹持单元之间的距离可调。

具体地，以一个可调举升夹持单元为例，该可调举升夹持单元包括举升装置2、旋转抱夹装置3、辅助支撑装置4以及制动器10。举升装置2可采用剪叉式升降机，其通过液压控制连杆的角度来调节高度。在举升装置2的底部通过平移机构来实现举升装置2沿Y方向移动的效果。油管的两端分别被两个可调举升夹持单元固定，因此控制两个举升装置2的升降高度，使其形成高度差，即可控制油管两端的倾斜角度。该倾斜角度为油管长度方向与水平面之间的夹角，即通常所说的俯仰角。

下面是对于旋转抱夹装置3的介绍说明：

请参照图2，旋转抱夹装置3用于固定油管，并带动油管旋转，其包括第一支架31、第二支架32、第一半环块33、第二半环块34、第一半齿圈39、第二半齿圈38、多个夹具35以及驱动机构36。设在水平面上与Y方向呈垂直状态的方向为X方向。第一支架31、第二支架32在举升装置2的顶部通过平移机构进行X方向的移动，即通过移动调节第一支架31和第二支架32之间的间距。在第一支架31、第二支架32上均固定有伺服电机一37。两个伺服电机一37的输出轴均沿X方向设置，且两个输出轴相向设置。第一半环块33的外侧壁(外侧壁为弧形的第一半环块33向外突出的一面)与其中一个伺服电机一37的输出轴连接。第二半环块34的外侧壁与另一个伺服电机一37的输出轴连接。该伺服电机一37起到几个方面的作用：一是能够控制第一半环块33、第二半环块34的旋转，使得其拼合时第一半环块33、第二半环块34处于同一角度。二是基于伺服电机一37本身的特性，能够测量第一半环块33、第二半环块34的旋转角度，从而能够得知油管的俯仰角。三是带有抱闸功能的伺服电机一37能够对轴进行制动，从而防止第一半环块33、第二半环块34受外力影响随意转动。需要注意的是，第一半环块33和第二半环块34在沿X方向移动后能够拼合成固定环，使得该固定环能够沿其X方向上的对称线转动在第一支架31、第二支架32之间。第一半齿圈39、第二半齿圈38沿X方向移动同样能够拼合成一个完整的、环形的回转齿圈。形成的回转齿圈与固定环同轴设置，且回转齿圈与固定环之间通过环形滑轨机构进行相对转动。具体地，如图3和图4所示，在第一半环块33、第二半环块34的端面(端面为与固定环轴线垂直的一面)均开设有滑槽轨道8。第一半环块33、第二半环块34拼合时两边的滑槽轨道8能够形成一个完整的、环形的滑槽轨道8。环形滑轨机构包括多个滑轮6、与多个滑轮6一一对应的多个连接轴7。多个滑轮6均滚动设置在滑槽轨道8内。连接轴7的一端与滑轮6连接，另一端与回转齿圈连接，最终使得整个回转齿圈能够与固定环连接，并且能够同轴旋转。该连接设计能够有效减少固定环和回转齿圈之间的摩擦力，且容易进行拆装。此外，也可在回转齿圈的端面上开设滑槽轨道8，并使得连接轴7的一端与回转齿圈连接，同样能够起到上述效果。

另外需要说明的是，当第一半环块33和第二半环块34分离时，需要先控制第一半齿圈39与第一半环块33的角度相对应，第二半齿圈38与第二半环块34的角度相对应，即固定环上的分界线和回转齿圈上的分界线重合，防止第一半齿圈39横跨在第一半环块33和第二半环块34上，对固定环的分离造成干涉。同理，在第一半环块33和第二半环块34拼合时，也同样需要对其角度和第一半齿圈39、第二半齿圈38的位置进行对应。

对于夹具35而言，如图5所示，本实施例中在第一半齿圈39、第二半齿圈38上均设置有两个夹具35，且回转齿圈上的共计四个夹具35等角度分布。该夹具35包括：固定板351、动力机构352、蹄片夹爪353和光电传感器354。固定板351固定在回转齿圈上。动力机构352连接在固定板351上。本实施例中的动力机构352包括步进电机、传动带、丝杆、螺孔板、光杆、限位板和弹簧。限位板固定在固定板351上。光杆贯穿限位板且与限位板滑动连接。光杆的一端与蹄片夹爪353固定，另一端与螺孔板固定。丝杆的一端与固定板351转动连接，另一端与螺孔板螺纹套接。步进电机固定在固定板351上，且与丝杆的长度方向平行设置，通过传动带连接步进电机的输出轴与丝杆，使其在满足传动要求的同时，能够减少布置空间。通过步进电机带动丝杆的转动能够使得光杆直线移动，从而带动蹄片夹爪353的伸缩。弹簧则套设在光杆上，其两端分布抵接在限位板和螺孔板上，起到一定的缓冲作用，防止剧烈冲击和力突变。蹄片夹爪353受光杆带动而直线移动，其直线移动方向为沿回转齿圈的直径方向，从而使得四个蹄片夹爪353能够稳定的夹持固定住油管。蹄片夹爪353的选用有利于增大与油管的接触面积。在蹄片夹爪353上安装有橡胶层，使其在夹持油管时，减小硬碰撞，起到保护作用。光电传感器354同样固定在固定板351上，通过检测蹄片夹爪353与光电传感器354之间的距离变化，来检测蹄片夹爪353的位置变化情况，以便于操作人员及时对油管夹持进行控制和调整。

对于驱动机构36而言，其用于回转齿圈在固定环上旋转，以带动油管的角度变换。本实施例中，如图6所示，驱动机构36包括伺服电机二和传动齿轮。伺服电机二固定在第一半环块33上，且伺服电机二的输出轴与传动齿轮相啮合，同时传动齿轮与回转齿圈啮合，从而使得伺服电机二能够带动回转齿圈旋转，进而带动夹持固定住的油管旋转。其所采用的伺服电机二同样具有测量旋转角度的功能。当然，驱动机构36不限于此，其能够带动回转齿圈旋转即可。

下面是对于辅助支撑装置4的介绍说明：

辅助支撑装置4同样设置举升装置2的顶部，其用于在固定油管前，对油管进行支撑。如图7所示，该辅助支撑装置4包括两个支撑座41、两个滚轮42。两个支撑座41同样通过平移机构沿X方向滑动设置在举升装置2的顶部，其与固定环平行且两者之间相隔不远。滚轮42可采用橡胶材质。两个滚轮42分别通过轴承座连接在两个支撑座41的顶部。两个支撑座41移动调整两者之间的间距，油管放置在两个滚轮42上，以便于调整油管放置的高度。当第一半环块33、第二半环块34未拼合成固定环时，两个支撑座41向中间靠拢对油管进行支撑。当第一半环块33、第二半环块34拼合成固定环时，且蹄片夹具35夹持住油管后，两个支撑座41向两边散开。

关于制动器10，若驱动机构36安装在第一半环块33上，则制动器10安装在第二半环块34上。当第一半环块33、第二半环块34分开时，驱动机构36能够固定住第一半环块33上的第一半齿圈39，使其不会滑落。第二半环块34上的第二半齿圈38则需要通过制动器10进行固定。本实施例中，如图8所示，制动器10包括电磁抱闸器101和从动齿轮102。电磁抱闸器101固定在第二半环块34上，其输出轴通过从动齿轮102与第二半齿圈38啮合传动。当回转齿圈转动时，电磁抱闸器101通电无刹车，从动齿轮102随着回转齿圈转动。当第一半环块33、第二半环块34分开后，电磁抱闸器101断电刹车，从动齿轮102就不会转动，进而使得第二半齿圈38静止，防止其滑落。

进一步地，在第一半环块33上设置有锁止机构5，其用于对第一半环块33、第二半环块34在拼合时进行锁止固定，防止两者之间受力分开。例如，在第一半环块33和第二半环块34的接触面上设置为榫卯结构。在其榫卯拼接处设置的锁止机构5可采用电磁铁控制的插销。当第一半环块33、第二半环块34拼合时，电磁铁断电使得插销弹出插入榫卯拼接处的锁孔内，防止两者受力分开。当第一半环块33、第二半环块34需要分离时，电磁铁通电使得插销缩回。此外，在第一半环块33、第二半环块34的外围还可设置有相应的护罩9。该护罩9由两个半圆部分组成，固定在第一半环块33、第二半环块34上，并随其进行移动。通过护罩9将齿圈包裹在内，起到一定的防护作用，并可在护罩9内设置拖链，通过拖链内的电缆为夹具35供电，避免在旋转过程中因电缆缠绕或损坏而导致断电。另外，在伺服电机一37的输出轴处也可加装一个制动器10，防止伺服电机一37本身的抱闸力太小而失去制动效果，进一步提高稳定性。对于上述提到的平移机构，可根据需要进行选择，如直线导轨、液压缸、电机带动齿条移动等结构形式，在此不做过多限制。

本发明的工作原理为：当需要固定油管时，第一半环块33、第二半环块34首先位于分开状态。辅助支撑装置4移动到第一半环块33、第二半环块34之间的位置。随后将油管吊装放置辅助支撑装置4上。油管在辅助支撑装置4上稳定放置后，第一半环块33和第二半环块34拼合成固定环，且固定环将油管套在其中。随后驱动夹具35，使得多个夹具35夹持住油管。此时回转齿圈在驱动机构36的驱动下进行360°或正负180°旋转，同时驱动机构36能够检测回转齿圈的旋转角度，从而带动油管旋转以进行角度调节。对于油管的俯仰角调节，则通过两个举升装置2的高度进行控制。当两个举升装置2位于同一高度时，则油管为水平状态。当两个举升装置2存在高度差时，则油管相应的产生俯仰角。在油管产生俯仰动作时，伺服电机一37测量出相应的俯仰角变化，并将信号传输给相应的上位机。当需要取下油管时，辅助支撑装置4首先支撑住油管，随后依次夹具35松开、第一半环块33和第二半环块34分离，此时将油管吊装取走即可。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种海上油管可调举升夹持装置，其特征在于，其包括两个相对设置的可调举升夹持单元；每个可调举升夹持单元均包括：

举升装置(2)，其用于调节高度，以形成两个举升装置(2)的高度差，通过高度差控制油管两端的倾斜角度；

旋转抱夹装置(3)，其设置在举升装置(2)的顶部，其用于固定油管，并带动油管旋转；以及

辅助支撑装置(4)，其设置在举升装置(2)的顶部，其用于在固定油管前，对油管进行支撑；

其中，旋转抱夹装置(3)包括：

第一支架(31)、第二支架(32)，其沿X方向滑动设置在举升装置(2)的顶部；

第一半环块(33)，其沿X方向转动连接在第一支架(31)上；

第二半环块(34)，其沿X方向转动连接在第二支架(32)上，且第二半环块(34)与第一半环块(33)沿X方向移动能够拼合成固定环；

第一半齿圈(39)、第二半齿圈(38)，其沿X方向移动能够拼合成回转齿圈；回转齿圈与固定环同轴设置；回转齿圈与固定环之间通过环形滑轨机构进行相对转动；

多个夹具(35)，其设置在回转齿圈上；多个夹具(35)用于对位于回转齿圈内的油管进行夹持固定；以及

驱动机构(36)，其用于驱动回转齿圈在固定环上旋转。

2.根据权利要求1所述的海上油管可调举升夹持装置，其特征在于，两个举升装置(2)均为剪叉式升降机构；

两个举升装置(2)均沿Y方向移动。

3.根据权利要求1所述的海上油管可调举升夹持装置，其特征在于，辅助支撑装置(4)包括：

两个支撑座(41)，其沿X方向滑动设置在举升装置(2)的顶部；

两个滚轮(42)，其分别设置在两个支撑座(41)上；两个滚轮(42)靠近时用于支撑油管。

4.根据权利要求1所述的海上油管可调举升夹持装置，其特征在于，第一支架(31)、第二支架(32)上均设置有伺服电机一(37)，其中一个伺服电机一(37)用于驱动第一半环块(33)在第一支架(31)上沿X方向旋转，另一个伺服电机一(37)用于驱动第二半环块(34)在第二支架(32)上沿X方向旋转。

5.根据权利要求1所述的海上油管可调举升夹持装置，其特征在于，第一半环块(33)上设置有锁止机构(5)，其用于对第一半环块(33)、第二半环块(34)在拼合时进行锁止固定，防止受力分开。

6.根据权利要求1所述的海上油管可调举升夹持装置，其特征在于，固定环的端面开设有环形的滑槽轨道(8)；环形滑轨机构包括：

多个滑轮(6)，其滚动设置在滑槽轨道(8)内；

与滑轮(6)一一对应的多个连接轴(7)，其一端与滑轮(6)连接，另一端与回转齿圈连接。

7.根据权利要求1所述的海上油管可调举升夹持装置，其特征在于，驱动机构(36)包括：

伺服电机二，其连接在第一半环块(33)上；

传动齿轮，其与伺服电机二的输出轴和回转齿圈相啮合。

8.根据权利要求7所述的海上油管可调举升夹持装置，其特征在于，第二半环块(34)上设置有制动器(10)，其用于在分开的第二半环块(34)上固定第一半齿圈(39)或第二半齿圈(38)。

9.根据权利要求1所述的海上油管可调举升夹持装置，其特征在于，第一半齿圈(39)、第二半齿圈(38)上均设置有两个夹具(35)，且回转齿圈上的四个夹具(35)等角度分布；

其中，夹具(35)包括：

固定板(351)，其连接在回转齿圈上；

动力机构(352)，其连接在固定板(351)上，且输出端运动为直线运动；

蹄片夹爪(353)，其与动力机构(352)的输出端连接，以沿回转齿圈的直径方向进行直线运动。

10.根据权利要求9所述的海上油管可调举升夹持装置，其特征在于，夹具(35)还包括光电传感器(354)，其连接在固定板(351)上，用于检测蹄片夹爪(353)的位置变化情况。