技术领域
[0001] 本
发明涉及一种海洋工程领域海底管道连接时用的装置，特别是涉及一种采用气管平衡和液压驱动对中的连接海底管道作业装置及其连接作业流程。
背景技术
[0002]
水下生产系统的海底管道担负着海底采出
原油以及处理后的合格原油和伴生气等油气介质的输送任务，由于水下运行工况和周围
海水或海泥环境的特殊性，海底管道一旦由于
腐蚀或其他外
力破坏而发生损伤，不仅会造成海洋环境污染、油气资源浪费和生产中断，而且还将对其下游及终端用户的正常生产造成不利影响。
[0003] 针对具体的海底管道损伤形式，目前连接海底管道技术主要有：水下
焊接连接技术和水下机械连接技术。水下焊接连接技术常用的有水下湿式焊接、水下干式焊接和水下
摩擦焊接等，国外水下焊接主要用于水下维修作业，多采用高压轨道TIG焊接系统，包括挪威Statoil公司的PRS系统和英国的OOTO系统，PRS系统
焊缝-30℃冲击功达到300J，焊缝的显微硬度低于245HV，OOTO系统主要由焊接舱和轨道TIG焊机组成，水下焊接连接技术难度高，通常需要潜水员辅助作业，同时也具有一定的危险性，而且水深也受到限制。水下机械连接技术通常有
螺栓法兰连接技术、快速接头Morgrip连接技术和卡爪式管道连接技术，螺栓法兰连接技术需要安装工具与海底管道法兰接头之间具有较高
精度的对中性，并且海底
管道修复作业的施工过程中需要配套专
门的作业机具，安装工时较长。快速接头Morgrip连接技术的特点是拆装方便，然而其快速接头比传统螺栓法兰接头昂贵，且难以实现水下海底管道的自动连接，同时其安装精度也较低。卡爪式管道连接技术的特点是连接海底管道作业动作简单且连接可靠，极大缩短了连接工时，然而其缺点是连接技术及其施工作业装置一直掌握在国外专业公司手中，且目前卡爪式管道连接技术发展仍不完善。此外，国内的水下连接海底管道技术尚处于研发阶段，还不具备独自完成深海作业的能力。
发明内容
[0004] 为了有效解决海底管道的水下快速连接问题并克服现有水下连接海底管道施工作业装置及其作业方案存在的
缺陷和不足，本发明的目的是提供一种适用于水下快速连接海底管道的气管式液压驱动连接作业装置及其连接作业流程。该连接海底管道作业装置采用左右对称式构造，并依据卧式气管平衡器的平衡悬吊和动态调载作用、限位器的垂向限位作用、液压对中器的液驱微调对中作用以及海管修复器的轴向内拉连接，实施海底管道水下夹紧和预制及其与海管修复器的水下对接作业流程，完成海底管道损伤后的水下快速连接与修复。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种气管式液压连接海底管道作业装置，该连接海底管道作业装置主要由海管修复器、气管平衡器、吊装绳索、连接防腐器、限位器和液压对中器组成。该连接海底管道作业装置整体设计为左右对称式构造，其海管修复器、气管平衡器和限位器的主体部件材质均选用超级双向不锈
钢，连接防腐器和液压对中器采用分体式结构且对称布置于海管修复器的两侧，而吊装绳索、气管平衡器、限位器和海管修复器则采用
单体式结构且
自上而下依次放置，同时吊装绳索和限位器的轴线分别与气管平衡器和海管修复器的轴线垂直相交并位于同一垂直平面内。
[0006] 气管平衡器采用卧式多级气管，将吊装绳索、限位器和液压对中器连成一体，并通过调整各级气管内微
正压气体和海水的体积比而实现平衡悬吊和动态调载作用，它包括一级气管、二级气管、三级气管、吊座、进水
阀、上支座和上限位座。
[0007] 一级气管、二级气管和三级气管由外至内依次同轴心布置，各级气管的管径和管体壁厚均相同，且各级气管的轴向长度逐渐增长，一级气管和二级气管分别含有两个管体，而三级气管则仅有一个管体，同时一级气管和二级气管沿轴向对称排列于三级气管的两侧端。各级气管的两端设置法兰盘，并通过配置盲端法兰而将各级气管封隔成独立的密闭管腔，各级气管内存储微正压的气体，用来平衡水下连接与修复作业中海浪和内波经吊装绳索所传递的振荡
载荷，实现气管平衡器的平衡悬吊作用。一级气管和二级气管的中部沿周向均布两个柱形凸台，而三级气管的正上方则沿轴向等间距排列两个柱形凸台，各级气管柱形凸台的中央部位车制
密封性管
螺纹并配置进水阀。
[0008] 进水阀作为海水填充各级气管的通道，一级气管、二级气管和三级气管分别配置两个进水阀，其中一个进水阀进行排气，另一个进水阀同时向各级气管填充海水，由此调整各级气管内微正压气体和海水的体积比并控制填充满海水的各级气管数量，最终实现气管平衡器的动态调载作用。
[0009] 吊座布置于三级气管的正上方，吊座分为两对并沿轴向对称排列于三级气管的两侧，每对吊座含有两个分吊座并沿垂向放置，每个分吊座采用等腰梯形钢
块，同时吊座通过销轴将气管平衡器接于吊装绳索的下端。
[0010] 海管修复器通过实施轴向内拉连接作业完成海底管道两管段间的水下对接，它包括夹紧器、牵引体、导移体、海管连接器、液压轴推器、液压周推器、下支座和下限位座。夹紧器的前夹紧体和后夹紧体依据夹紧支座上液压周推器提供的推进动力和锥状凸台内的
螺柱实施水下夹紧作业，并将海管修复器快速夹紧于海底管道，海管连接器通过端部密封器的轴推盘和
挤压套以及对接器的对接体压紧锥形密封环和外六
角形密封环而形成金属密封，并完成海管修复器与海底管道间的固定连接，同时通过对接器的对接体和导向器的导向体压紧透镜密封环和内六角形密封环而形成金属密封，并完成对接器和导向器间的固定连接。牵引体依据牵引主杆的
花键导轨而实现轴向牵引并通过牵引主杆和牵引辅杆完成海底管道管段间的水下对中，且牵引盘正上方的牵引主杆通过连接板而接于夹紧器，导移体的上导移盘和下导移盘与导向体之间设置花键滑道，且其内导移支座和外导移支座与牵引主杆之间设有花键导轨，同时依据液压轴推器提供的推进动力最终实现轴向导引。
[0011] 上支座和下支座的结构和数量相同，上支座和下支座均分为两组并沿轴向对称布置于导向器的左右两端，同时每组上支座和下支座各分成两对并沿周向放置于限位器的前后两侧，每对上支座和下支座含有两个分支座，每个分支座采用矩形钢块，同时上支座的两分支座沿垂向放置，并通过销轴与液压对中器的
液压缸缸筒相连接，而下支座的两分支座沿导向器的径向放置，并通过销轴与液压对中器的液压缸
活塞杆相连接。
[0012] 上限位座布置于三级气管的正下方，而下限位座布置于导向器的正上方，上限位座和下限位座均仅有一对且各含有两个分限位座，每个分限位座采用矩形钢块，同时上限位座和下限位座通过销轴实现限位器与海管修复器和气管平衡器之间的连接。
[0013] 限位器采用立式厚壁筒体，依据限位筒和限位
柱塞间的花键滑道实现液压对中器轴向推进时的垂向限位作用，它包括上限位头、限位筒、限位柱塞和下限位头。
[0014] 限位筒自上而下依次同轴心布置有螺纹接头、锥形凸台、柱形凸台和限位筒体，限位筒通过其锥形凸台上的螺纹接头与上限位头相连接，限位筒的柱形凸台外环面所在柱面的直径小于限位筒体的内径。限位筒体的环腔内壁铣有沿周向均布的两组滑移
键槽，每组滑移键槽含有两个等间距排列的渐开线花键槽，限位筒渐开线花键槽的槽顶面采用圆拱面并位于同一柱面上，各渐开线花键槽的槽顶面所在柱面的直径大于限位柱塞滑移花键的键顶面所在柱面的直径，限位筒渐开线花键槽沿轴向的槽长小于限位筒体环腔内壁的长度，且限位筒滑移键槽的两侧槽面分别与限位柱塞滑移花键的两侧键面之间精密配合而构成移动副。
[0015] 限位筒的限位筒体上设置两个沿周向均布的限位槽，限位筒的限位槽与其两组滑移键槽之间交错排列，每个限位槽的槽底面采用圆拱面且其两侧槽面采用平面，限位槽两侧槽面所在的平面沿垂向布置，同时限位槽两侧槽面的间距大于牵引体正上方杆接箍的外径。
[0016] 限位柱塞通过其锥形凸台下端的螺纹接头与下限位头相连接，并通过其锥形凸台上端的柱形凸台与柱塞体相连接，柱塞体的外环面设有与限位筒滑移键槽相配合的滑移花键，限位柱塞的滑移花键沿轴向放置，并为限位器提供轴向滑移的花键滑道，实现液压对中器推进过程中的垂向限位作用。限位柱塞的滑移花键两侧键面的轮廓采用对称布置的渐开线，限位柱塞滑移花键的键顶面采用圆拱面并位于同一柱面上，同时限位柱塞花键滑道的轴向长度大于限位筒滑移键槽沿轴向的槽长，且限位柱塞的滑移花键与限位筒的滑移键槽
接触带的轴向长度大于液压对中器液压缸的推程。
[0017] 限位柱塞的柱塞体上设置与限位筒限位槽相同
位置和规格的滑移沟槽，限位柱塞滑移沟槽两侧沟槽面所在的平面分别与限位筒限位槽两侧槽面所在的平面保持平齐，且限位柱塞滑移沟槽与限位筒限位槽对称布置所形成的
槽孔内配置牵引体的杆接箍。
[0018] 上限位头和下限位头均采用方形钢块和半圆柱形钢块相组合的构造，且其方形钢块和半圆柱形钢块的两侧端面分别保持平齐，同时上限位头方形钢块与限位筒结合的端面以及下限位头方形钢块与限位柱塞结合的端面上均车制有密封性管螺纹。
[0019] 连接防腐器包含对接防腐器和导向防腐器，对接防腐器分为两组并沿轴向对称布置于海管连接器的两侧端，且四个导向防腐器沿周向均布于导向器中
导向管的外环面上，对接防腐器的对接保护块与端部密封器和对接器之间通过对接头以及内导移支座和外导移支座相连接而构成原
电池，同时导向防腐器的导向保护块与导向器之间通过导向接头相连接而构成
原电池，从而保护海管连接器免于被海泥腐蚀。每对内导移支座和外导移支座配置一个对接防腐器，对接防腐器由对接保护块、对接头和对接线组成，且导向防腐器由导向保护块、导向接头和导向接线组成。
[0020] 对接保护块和导向保护块的结构相同并采用截面呈等腰梯形的柱体，对接保护块和导向保护块的材质选用
铝包锌的复合式保护
电极，对接保护块用于海底管道服役期间端部密封器和对接器的
阴极保护防腐，导向保护块用于海底管道服役期间导向器的阴极保护防腐。对接保护块和导向保护块的中央部位由内而外依次设置长圆孔和盲端孔眼，对接保护块的长圆孔内配置对接线且其盲端孔眼与对接头内侧端的环面之间采用
过盈配合，从而将对接保护块与其两侧的对接头连接成一个导路，同时导向保护块的长圆孔内配置导向接线且其盲端孔眼与导向接头内侧端的环面之间采用过盈配合，从而将导向保护块与其两侧的导向接头连接成一个导路。
[0021] 对接头沿轴向对称布置于对接保护块的两侧端，它采用直管，对接头外侧端的环面与内导移支座和外导移支座的花键齿孔之间采用间隙配合，并涂覆玻璃胶而实现对接防腐器与导移体间的固定连接，对接头内浇铸铝包锌的复合式
保护电极并通过对接线连成一体，用于海底管道延期服役期间端部密封器和对接器的阴极保护防腐。导向接头沿轴向对称布置于导向保护块的两侧端，它采用弯管，导向接头的外侧端通过圆周焊的方式实现导向防腐器与海管连接器间的固定连接，导向接头内浇铸铝包锌的复合式保护电极并通过导向接线连成一体，用于海底管道延期服役期间导向器的阴极保护防腐。
[0022] 吊装绳索用于完成水下连接与修复中的吊装和回收作业，它包括一个主绳索和卡箍以及两个分绳索和绳索头，主绳索和卡箍沿垂向布置且其轴线位于气管平衡器的中心对称面上，分绳索和绳索头对称布置于主绳索的两侧且其轴线与气管平衡器的中心线位于同一垂向平面内。主绳索下部经由卡箍均分出两股分绳索，卡箍的上端设置一个上
锁环并与主绳索相连且卡箍的下端设有两个下锁环并分别与两分绳索相连。绳索头的下部设置接头并通过销轴与吊座相连，且绳索头的上部设有柱形卡环并与分绳索的下端连成一体。
[0023] 该连接海底管道作业装置包含三套独立的液压推进系统，即液压对中器、液压轴推器和液压周推器，用来提供推进动力，实现海底管道的快速连接与修复。液压轴推器通过外导移支座和内导移支座完成海管修复器的水下轴向内拉连接，液压周推器通过夹紧支座完成前夹紧体和后夹紧体与海底管道间的水下快速夹紧，液压对中器通过上支座和下支座完成海管修复器和气管平衡器间的连接，并实现水下连接作业中海管修复器与海底管道间的液驱微调对中，每组上支座和下支座配置两个液压对中器液压缸，各液压缸沿三级气管的径向布置。
[0024] 三套液压推进系统中液压缸的液压油均通过多路换向阀统一供给和分配以实现液压对中器、液压轴推器和液压周推器的自动同步推进功能，同时各液压缸采用活塞式油缸，通过其两端通油管路的通油和回油管路的回油实现双向推进运动。液压对中器的液压缸缸筒通过上支座和销轴与三级气管进行铰接，而液压对中器的液压缸
活塞杆则通过下支座和销轴与导向器的导向管锚定在一起。
[0025] 气管式液压连接海底管道作业流程依次实施海底管道水下夹紧作业、海底管道水下预制作业、海管连接器水下对接作业、海管修复器轴向牵引对接作业以及水下回收和涂覆作业的整套作业流程，最终实现海底管道的水下快速修复。
[0026] 海底管道水下夹紧作业完成夹紧器和牵引体与海底管道间的水下快速夹紧，其流程为，清理海底管道破损管段周围的
水泥配重层，吊装绳索通过绳索头与牵引体正上方的牵引主杆相连并经吊机将夹紧器和牵引体一起吊装至破损管段的上方，接着海管修复器两侧的夹紧器依据液压周推器提供的推进动力顺利张开，而后依靠牵引体内壁的
定位继续下放夹紧器和牵引体，直至牵引体的轴线与海底管道的中心线重合为止，最后依据液压周推器提供的推进动力夹紧器完成合拢，并通过拧紧各螺柱将夹紧器紧密贴合至海底管道的外环面。
[0027] 海底管道水下预制作业完成破损管段的
切除和预制管端的打磨，其流程为，利用水下
机器人拧紧各螺柱而将牵引体的牵引盘与夹紧器的前夹紧体和后夹紧体连成一体，而后采用水下冷切割的方式切除海底管道的破损管段，且海底管道的破损面位于破损管段的中部，依据牵引体的牵引主杆和牵引辅杆维持海底管道两管段间的水下对中，接着清理海底管道两侧预制管端的防腐层，并利用水下打磨机沿轴向在预制管端的外环面处依次打磨出预制环面和锥状坡口，且预制管端的预制环面和锥状坡口与端部密封器的内壁相匹配。
[0028] 海管连接器水下对接作业完成海管连接器与预制管端间的水下对接，其流程为，利用水下机器人卸下牵引体正上方牵引主杆的主杆体，吊装绳索和液压对中器通过气管平衡器连成一体，两套对接器和端部密封器分别通过导移体的外导移支座接于液压对中器的液压缸活塞杆并经由吊机吊装至海底管道两侧的预制管端处，而后依靠气管平衡器和液压对中器依次完成对接器和端部密封器的动态调载和液驱微调对中，且依据预制管端的锥状坡口定位端部密封器并使预制管端的预制环面与对接器的内壁保持贴合，接着利用水下机器人卸下其他两牵引主杆的主杆体，依据气管平衡器的平衡悬吊作用连接各外导移支座与牵引主杆间的花键导轨，并依据牵引体的轴向牵引作用使两侧的对接器和端部密封器分别沿着预制管端的预制环面轴向滑移，直至端部密封器的端面与预制管端截面变化处的轴肩结合为止。
[0029] 海管修复器轴向牵引对接作业完成海管修复器与预制管段间的水下对接，其流程为，吊装绳索、限位器和液压对中器通过气管平衡器连成一体，海管修复器通过下支座和下限位座分别与液压对中器和限位器相连并经由吊机吊装至海底管道预制管端的中间部位；而后依据气管平衡器的动态调载作用并结合液压对中器的液驱微调对中作用，牵引辅杆卡入上导移盘而完成海管修复器与预制管端间的水下对中，接着依据气管平衡器的平衡悬吊作用和导移体的轴向导引作用，同时依靠液压轴推器提供的推进动力而使导移体沿着导向器的花键滑道轴向滑移，并利用水下机器人完成各外导移支座与液压轴推器间的铰接；再接着，装上各牵引主杆的主杆体，依据牵引体的轴向牵引作用并结合导移体的轴向导引作用而使对接器和端部密封器一起沿着预制管端的预制环面轴向滑移，直至导向器的拱形卡齿嵌入对接器的拱形
齿槽内；最后，通过拧紧螺柱分别夹紧对接器和导向器间的透镜密封环和内六角形密封环以及端部密封器和对接器间的锥形密封环和外六角形密封环而产生
变形并形成多重金属密封。
[0030] 水下回收和涂覆作业完成整套连接作业装置的水下回收和涂覆，其流程为，利用水下机器人旋松各螺柱并拆掉夹紧器，而后旋松牵引主杆的杆接箍并卸下牵引体，接着将吊装绳索接于牵引主杆的主杆头并经由吊机将夹紧器、牵引体和液压周推器一起回收至施工船；然后，利用水下机器人拔出各销轴而拆下液压轴推器，并旋松各螺柱而拆掉导移体，而后将吊装绳索接于牵引主杆的主杆体并经由吊机将导移体和液压轴推器一起回收至施工船；最后，各内导移支座和外导移支座分别配置对接防腐器，并在内导移支座和外导移支座的花键齿孔内涂覆玻璃胶，而后在预制管端与端部密封器间所形成的环形沟槽内涂覆玻璃胶，并重新涂覆和恢复海管连接器两侧海底管道上的防腐层。
[0031] 本发明所能达到的技术效果是，该连接海底管道作业装置包含三套独立的液压推进系统，并依据卧式气管平衡器和海管修复器、立式限位器以及液压对中器的液驱微调对中作用，实施海底管道水下夹紧作业、海底管道水下预制作业、海管连接器水下对接作业、海管修复器轴向牵引对接作业以及水下回收和涂覆作业的整套作业流程，完成海底管道损伤后的水下快速连接与修复；气管平衡器采用卧式多级气管，将吊装绳索、限位器和液压对中器连成一体，并通过调整各级气管内微正压气体和海水的体积比而实现平衡悬吊和动态调载作用；海管修复器通过轴向内拉连接作业完成海底管道两管段间的水下对接，限位器采用立式厚壁筒体，依据限位筒和限位柱塞间的花键滑道实现液压对中器轴向推进时的垂向限位作用；连接防腐器包含对接防腐器和导向防腐器，保护海管连接器免于被海泥腐蚀，吊装绳索完成水下连接与修复中的吊装和回收作业。
附图说明
[0032] 下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于以下
实施例。
[0033] 图1是根据本发明所提出的一种气管式液压连接海底管道作业装置的典型结构简图。
[0034] 图2是一种气管式液压连接海底管道作业装置中海管修复器的结构简图。
[0035] 图3是一种气管式液压连接海底管道作业装置中连接防腐器的结构简图。
[0036] 图4是图3的A—A剖视图。
[0037] 图5是一种气管式液压连接海底管道作业装置中限位器的结构简图。
[0038] 图6是一种气管式液压连接海底管道作业装置中吊装绳索、气管平衡器和液压对中器的结构简图。
[0039] 图7是图6的左视图。
[0040] 图8是一种气管式液压连接海底管道作业装置的海底管道水下夹紧作业流程简图。
[0041] 图9是一种气管式液压连接海底管道作业装置的海底管道水下预制作业流程简图。
[0042] 图10是一种气管式液压连接海底管道作业装置的海管连接器水下对接作业流程简图。
[0043] 图11是一种气管式液压连接海底管道作业装置的海管修复器轴向牵引对接作业流程简图。
[0044] 图12是一种气管式液压连接海底管道作业装置的水下回收和涂覆作业流程简图。
[0045] 图中1－海管修复器，2－气管平衡器，3－吊装绳索，4－海底管道，5－液压对中器，6－连接防腐器，7－限位器，8－夹紧器，9－液压周推器，10－牵引体，11－液压轴推器，12－导移体，13－下限位座，14－下支座，15－海管连接器，16－对接保护块，17－对接线，
18－对接头，19－导向保护块，20－导向接线，21－导向接头，22－上限位头，23－限位筒，
24－限位柱塞，25－下限位头，26－一级气管，27－进水阀，28－二级气管，29－吊座，30－三级气管，31－上支座，32－上限位座，33－液压缸缸筒，34－液压缸活塞杆，35－绳索头，
36－分绳索，37－卡箍，38－主绳索，39－破损管段，40－预制管端。
具体实施方式
[0046] 在图1中，气管式液压连接海底管道作业装置主要由海管修复器1、气管平衡器2、吊装绳索3、液压对中器5、连接防腐器6和限位器7组成，液压对中器5和连接防腐器6采用分体式结构且对称布置于海管修复器1的两侧，而海管修复器1、气管平衡器2、吊装绳索3和限位器7则采用单体式结构且自上而下依次放置。
[0047] 在图1中，气管式液压连接海底管道作业流程依次实施海管修复器1的夹紧器和牵引体与海底管道4之间的水下夹紧作业、海底管道4破损管段的切除和预制管端的水下预制作业、海管修复器1中海管连接器与海底管道4预制管端的水下对接作业、海管修复器1沿花键滑道和花键导轨的轴向牵引对接作业以及水下回收和涂覆作业的整套作业流程，最终完成海底管道4损伤后的水下快速连接与修复。
[0048] 在图1中，气管式液压连接海底管道作业装置组装前，海管修复器1、气管平衡器2和限位器7主体部件的外表面分别进行喷漆防腐处理，限位器7的限位柱塞置入限位筒内，应灵活移动且无阻滞，海管修复器1的导移体应沿导向器的花键滑道正常滑动且无阻滞，并保持气管平衡器2各级气管内壁的清洁，最后检查气管平衡器2的进水阀以及海管修复器1的透镜密封环和锥形密封环有无损伤，检查各销轴和螺纹联接处是否牢固且有无锈蚀。
[0049] 在图1中，气管式液压连接海底管道作业装置组装时，限位器7分别通过上限位座接于气管平衡器2三级气管的下方并经由下限位座与海管修复器1的导向器相连接，四套液压对中器5的液压缸分别通过上支座接于气管平衡器2三级气管的下方并经由下支座与海管修复器1的导向器连成一体，连接防腐器6的导向防腐器通过导向接头焊接于海管修复器1中海管连接器的外环面上，吊装绳索3通过吊座接于气管平衡器2三级气管的上方。
[0050] 在图1中，气管式液压连接海底管道作业装置的型号依据所损伤海底管道4的管径以及海底管道4破损面的大小进行选取。
[0051] 在图2中，海管修复器1的规格依据海底管道4的管径进行选取，海管连接器15的轴向长度随所切除海底管道4破损管段的轴向长度进行调整，夹紧器8的内壁直径依据海底管道4的管径进行选取，液压周推器9液压缸的推程设计需要综合考虑前夹紧体、后夹紧体和夹紧支座的几何尺寸以及海底管道4的管径等因素，牵引体10中牵引主杆和牵引辅杆的设计需要综合考虑海底管道4两侧管段预制管端偏移后的附加作用力和海管连接器15所产生的弯曲
应力等因素，导移体12随液压轴推器11轴向滑移的最大距离需小于海管连接器15上花键滑道的轴向长度。
[0052] 在图2中，夹紧器8依据液压周推器9提供的推进动力将海管修复器1快速夹紧于海底管道4的外环面，海管连接器15通过压紧锥形密封环和外六角形密封环而完成海管修复器1与海底管道4之间的密封并通过压紧透镜密封环和内六角形密封环而完成海管连接器15中对接器和导向器之间的密封，牵引体10依据牵引主杆的花键导轨而实现轴向牵引作用，导移体12依据液压轴推器11提供的推进动力并结合海管连接器15上的花键滑道和牵引主杆上的花键导轨而实现轴向导引作用，同时限位器7通过下限位座13接于海管连接器15的正上方，且液压对中器5通过下支座14接于限位器7的两侧。
[0053] 在图3和图4中，连接防腐器6包含对接防腐器和导向防腐器，对接防腐器中对接保护块16的规格依据海管连接器15中端部密封器和对接器的体积以及海底管道4的服役期限等因素进行设计，而导向防腐器中导向保护块19的规格则依据海管连接器15中导向器的体积以及海底管道4的服役期限等因素进行设计，对接头18内所浇铸铝包锌复合式保护电极的规格需要综合考虑海管连接器15中端部密封器和对接器的体积以及海底管道4的延期服役期限等因素后进行选型，而导向接头21内所浇铸铝包锌复合式保护电极的规格则需要综合考虑海管连接器15中导向器的体积以及海底管道4的延期服役期限等因素后进行选型，对接线17的长度与对接保护块16的轴向长度保持一致，同时导向接线20的长度与导向保护块19的轴向长度相一致。
[0054] 在图3和图4中，对接防腐器的对接保护块16与海管连接器15的端部密封器和对接器之间通过直管式的对接头18以及导移体12的内导移支座和外导移支座连接在一起而构成原电池，同时导向防腐器的导向保护块19与海管连接器15的导向器之间通过弯管式的导向接头21连成一体而构成原电池，用于海底管道4服役期间的阴极保护防腐。此外，对接头18内所浇铸的铝包锌复合式保护电极通过对接线17连接在一起，从而在对接头18内的铝包锌复合式保护电极与海管连接器15的端部密封器和对接器之间形成原电池，同时，导向接头21内所浇铸的铝包锌复合式保护电极通过导向接线20连成一体，从而在导向接头21内的铝包锌复合式保护电极与海管连接器15的导向器之间形成原电池，用于海底管道4延期服役期间的阴极保护防腐。
[0055] 在图5中，限位器7中限位筒23和限位柱塞24间花键滑道的轴向长度设计需要考虑海底管道4的管径等因素，限位筒23的限位槽两侧槽面的间距和限位柱塞24的滑移沟槽两侧沟槽面的间距均大于牵引体10正上方杆接箍的外径。
[0056] 在图5中，限位器7的限位筒23通过其螺纹接头与上限位头22相连接，且限位柱塞24通过其螺纹接头与下限位头25连成一体，同时限位筒23滑移键槽的两侧槽面分别与限位柱塞24滑移花键的两侧键面之间精密配合而构成移动副，从而在限位筒23和限位柱塞24之间形成花键滑道并实现液压对中器5轴向推进时的垂向限位作用。
[0057] 在图6和图7中，气管平衡器2各级气管的轴向长度之和与海管连接器15的轴向长度保持一致，一级气管26、二级气管28和三级气管30的管径相等并依据平衡水下连接与修复作业中海浪和内波经吊装绳索3所传递的振荡载荷大小进行选取，进水阀27的规格需要综合考虑海底管道4周围海水的物性和压力以及一级气管26、二级气管28和三级气管30的容积等因素后进行选型。
[0058] 在图6和图7中，液压对中器5液压缸的推程设计需要考虑限位柱塞24的滑移花键与限位筒23的滑移键槽接触带的轴向长度以及海底管道4的管径等因素，吊装绳索3中主绳索38和分绳索36的规格依据吊装和回收作业所在海域的海况、洋流内波以及提升海管修复器1、气管平衡器2、液压对中器5和限位器7所需要的最大钩载进行设计。
[0059] 在图6和图7中，气管平衡器2通过配置盲端法兰而将一级气管26、二级气管28和三级气管30封隔成独立的密闭管腔，且各级气管内存储微正压的气体，以平衡海浪和内波经吊装绳索3所传递的振荡载荷，实现气管平衡器2的平衡悬吊作用；同时，各级气管上的一个进水阀27进行排气，另一个进水阀27同时填充海水，由此调整一级气管26、二级气管28和三级气管30内微正压气体和海水的体积比，并通过控制填充满海水的各级气管数量，最终实现气管平衡器2的动态调载作用。
[0060] 在图6和图7中，液压对中器5的液压缸缸筒33通过上支座31与三级气管30相连，且液压缸活塞杆34经由下支座14与导向器相连，同时上限位头22和限位筒23通过上限位座32与三级气管30相连且限位柱塞24和下限位头25经由下限位座13与导向器相连，从而将海管修复器1和气管平衡器2连接在一起。吊装绳索3的绳索头35通过销轴与吊座29进行铰接，从而将气管平衡器2接于吊装绳索3的下方，两分绳索36来自同一根主绳索38并由主绳索38一分为二而成，两分绳索36与主绳索38的结合部位设置卡箍37进行卡紧。
[0061] 在图8中，海底管道水下夹紧作业流程中，夹紧器8通过连接板与牵引体10正上方的牵引主杆相连，夹紧器8和牵引体10之间先不用螺柱进行连接，吊装绳索3通过其绳索头35与牵引体10正上方的牵引主杆相连，由此经由施工船上的吊机将海管修复器1的夹紧器
8、液压周推器9和牵引体10先行吊装至海底管道4破损管段的上方，接着夹紧器8的前夹紧体和后夹紧体依据夹紧支座上液压周推器9提供的推进动力而顺利张开，而后依靠牵引体
10的牵引盘与海底管道4之间构成的临
时移动副并通过吊机继续下放夹紧器8、液压周推器
9和牵引体10，直至牵引体10的牵引盘与海底管道4的中心线重合为止，最后夹紧器8的前夹紧体和后夹紧体依据夹紧支座上液压周推器9提供的推进动力而合拢，并利用水下机器人拧紧各螺柱而将海管修复器1的夹紧器8和牵引体10快速夹紧于海底管道4的外环面。
[0062] 在图9中，海底管道水下预制作业流程中，利用水下机器人拧紧各螺柱而将牵引体10的牵引盘与夹紧器8的前夹紧体和后夹紧体连成一体，而后利用水下切割机完成海底管道4破损管段39的水下冷切割，破损管段39的轴向长度需大于海底管道4破损面最大几何尺寸的1.5倍，并通过吊机和吊装绳索3对破损管段39实施吊装，破损管段39切割过程中及其切除后的海底管道4两侧管段均依据牵引体10的牵引主杆和牵引辅杆保持水下对中状态，接着清理海底管道4两侧管段上预制管端40的防腐层，并利用水下打磨机沿轴向在预制管端40的外环面处依次打磨出预制环面和锥状坡口，所打磨出预制管端40的预制环面和锥状坡口与海管连接器15中端部密封器的内壁相匹配，预制管端40的预制环面和锥状坡口打磨过程中及其预制后的海底管道4两侧管段均依据牵引体10保持水下对中状态。
[0063] 在图10中，海管连接器水下对接作业流程的第一步：利用水下机器人旋松牵引体10的杆接箍并卸下牵引体10正上方牵引主杆的主杆体，吊装绳索3的绳索头35通过吊座29同时液压对中器5的液压缸缸筒33通过上支座31与气管平衡器2的三级气管30相连，且两套海管连接器15的对接器和端部密封器分别通过导移体12的外导移支座接于液压对中器5的液压缸活塞杆34，并经由吊机将海管连接器15的对接器和端部密封器一起吊装至海底管道
4两侧管段的预制管端40处。
[0064] 在图10中，海管连接器水下对接作业流程的第二步：气管平衡器2的一个进水阀27进行排气，同时通过另一个进水阀27依次向一级气管26、二级气管28和三级气管30内填充海水，由此调整各级气管内微正压气体和海水的体积比而实现气管平衡器2的动态调载作用；与此同时，液压对中器5液压缸的通油管路进行通油，并驱动海管连接器15的对接器和端部密封器朝下移动而实现液压对中器5的液驱微调对中作用；接着，依据预制管端40的锥状坡口来定位海管连接器15的端部密封器内壁，并使预制管端40的预制环面与海管连接器15的对接器内壁保持贴合。
[0065] 在图10中，海管连接器水下对接作业流程的第三步：利用水下机器人旋松牵引体10的杆接箍并卸下其他两牵引主杆的主杆体，此时依靠牵引体10的牵引辅杆保持海底管道
4两侧预制管端40之间的水下对中状态，并依据一级气管26、二级气管28和三级气管30内存储微正压的气体，平衡海浪和内波经吊装绳索3所传递的振荡载荷，实现海管连接器15的对接器和端部密封器的平衡悬吊；然后，依次连接各导移体12的外导移支座与牵引体10牵引主杆之间的花键导轨，并依据牵引体10的轴向牵引作用使海管连接器15两侧的对接器和端部密封器分别沿着预制管端40的预制环面轴向滑移，最终通过预制管端40截面变化处的轴肩实现海管连接器15中端部密封器的轴向定位。
[0066] 在图11中，海管修复器轴向牵引对接作业流程的第一步：吊装绳索3的绳索头35通过吊座29接于气管平衡器2三级气管30的上方，限位器7的上限位头22和液压对中器5的液压缸缸筒33分别经由上限位座32和上支座31接于三级气管30的下方，海管连接器15通过下限位座13和下支座14分别与限位器7的下限位头25和液压对中器5的液压缸活塞杆34相连，并经由吊机将海管修复器1的液压轴推器11、导移体12和海管连接器15一起吊装至海底管道4两侧管段预制管端40的中间部位。
[0067] 在图11中，海管修复器轴向牵引对接作业流程的第二步：气管平衡器2的一个进水阀27进行排气，且通过另一个进水阀27依次向一级气管26、二级气管28和三级气管30内填充海水，由此调整各级气管内微正压气体和海水的体积比并实现气管平衡器2的动态调载作用；与此同时，液压对中器5液压缸的通油管路进行通油，并驱动海管修复器1朝下移动而实现液压对中器5的液驱微调对中作用，待牵引体10的牵引辅杆卡入导移体12的上导移盘内而完成海管修复器1与预制管端40间的水下对中。
[0068] 在图11中，海管修复器轴向牵引对接作业流程的第三步：依据一级气管26、二级气管28和三级气管30内存储微正压的气体，平衡海浪和内波经吊装绳索3所传递的振荡载荷，实现海管修复器1中液压轴推器11、导移体12和海管连接器15的平衡悬吊；接着，液压轴推器11液压缸的通油管路进行通油，并结合导移体12的轴向导引作用而使导移体12的上导移盘和下导移盘和液压轴推器11的液压缸缸筒33一起沿着海管连接器15的花键滑道轴向滑移，然后利用水下机器人插入销轴并完成各导移体12的外导移支座与液压轴推器11的液压缸缸筒33之间的铰接。
[0069] 在图11中，海管修复器轴向牵引对接作业流程的第四步：利用水下机器人拧紧牵引体10各牵引主杆的杆接箍，并装上牵引体10各牵引主杆的主杆体；接着，液压轴推器11液压缸的回油管路进行回油，同时依据牵引体10的轴向牵引作用并结合导移体12的轴向导引作用而使海管连接器15的对接器和端部密封器一起沿着海底管道4两侧管段预制管端40的预制环面朝内滑移，并通过海管连接器15导向器的拱形卡齿与海管连接器15对接器的拱形齿槽之间的配合而实现对接器的轴向定位；最后，利用水下机器人拧紧各螺柱而使海管连接器15对接器的对接体和海管连接器15导向器的导向体沿轴向相向移动，由此压紧透镜密封环和内六角形密封环并产生变形而形成金属密封，而后拧紧各螺柱并使海管连接器15端部密封器的挤压套和轴推盘与海管连接器15对接器的对接体沿轴向相向移动，由此锥形密封环和外六角形密封环依据端部密封器和对接器之间的夹紧力产生变形而形成金属密封，最终实现海管修复器1与海底管道4两侧管段预制管端40之间的固定连接。
[0070] 在图12中，水下回收和涂覆作业流程的第一步：利用水下机器人旋松各螺柱并将夹紧器8的前夹紧体和后夹紧体从海底管道4上拆卸下来，接着旋松牵引体10牵引主杆的杆接箍并依次卸下牵引体10中各牵引主杆的主杆体以及各牵引辅杆的辅杆体；然后，利用水下机器人拧紧牵引体10牵引主杆的杆接箍，从而将拆卸下来的牵引体10通过其牵引主杆的主杆身和牵引辅杆的辅杆身再次连成一体；接着，吊装绳索3通过绳索头35与牵引体10正上方牵引主杆的主杆头相连，并经由吊机将海管修复器1的夹紧器8、液压周推器9的液压缸缸筒33和液压缸活塞杆34以及牵引体10的牵引盘、连接板、牵引主杆的主杆头和主杆身与牵引辅杆的辅杆头和辅杆身一起回收至海面的施工船上。
[0071] 在图12中，水下回收和涂覆作业流程的第二步：利用水下机器人拔出导移体12外导移支座上的各销轴，并拆卸掉液压轴推器11的液压缸；接着，利用水下机器人旋松各螺柱并从海管连接器15上拆卸掉导移体12的上导移盘和下导移盘；然后，再次拧紧螺柱并使导移体12的上导移盘和下导移盘重新连成一体，同时将牵引体10两牵引辅杆的辅杆体卡入导移体12上导移盘的导移槽内；再接着，吊装绳索3通过绳索头35与牵引体10正上方牵引主杆的主杆体相连，并经由吊机将导移体12的上导移盘和下导移盘、液压轴推器11的液压缸缸筒33和液压缸活塞杆34以及牵引体10中牵引主杆的主杆体和牵引辅杆的辅杆体一起回收至海面的施工船上。
[0072] 在图12中，水下回收和涂覆作业流程的第三步：依据吊机和吊装绳索3在海管连接器15两侧导移体12的各内导移支座和对应位置处的外导移支座分别配置连接防腐器6的对接防腐器，并依次在导移体12内导移支座和外导移支座的花键齿孔内涂覆玻璃胶，由此实现连接防腐器6中对接防腐器两侧对接头18的固定；接着，在海底管道4两侧管段的预制管端40与海管连接器15的端部密封器之间所形成的环形沟槽内涂覆玻璃胶，从而隔离水下连接作业后预制管端40预制环面裸露部位处的海水，而后重新涂覆和恢复海管连接器15两侧海底管道4上的防腐层。
[0073] 上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式、作业流程等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的
基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
