专利汇可以提供导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法,应用于海底管道的接入作业。该海底管道接入装置依据气筒两侧对称布置导引器和导引索具的导引作用、卧式气筒的平衡作用以及液压推送器提供的推进动 力 并结合海管接入器的剖分式厚壁筒体构造,实施海底管道预制和钻孔以及导引式气筒平衡对中、对接和接入的作业流程;气筒采用卧式多筒体 串联 构造以平衡海浪和内波经吊装绳所传递的振荡 载荷 ,导引器结合导引索具实现导引作用并将接入装置准确导引至海底管道开孔部位,液压推送器实现海管接入器和接入管段吊装 位置 的精细调整与对中,海管接入器为开孔器提供 支点 且起三通作用并作为新海底管道的接入点,开孔器则完成海管的开孔作业。,下面是导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法专利的具体信息内容。
1.一种导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法,该海底管道接入装置主要由气筒、导引器、导引索具、吊装绳、液压推送器、海管接入器和开孔器组成,并依据气筒两侧对称布置的导引器和导引索具的导引作用、卧式气筒的平衡作用以及液压推送器提供的推进动力并结合海管接入器的剖分式厚壁筒体构造,实施管段预制与测量作业、导引索具定位作业、导引式气筒平衡吊装与对中作业、气筒平衡对接与钻孔作业、气筒平衡回收作业和接入管段连接作业的整套作业流程,最终实现在现有海底管道任意管段上的接入,其特征在于:
所述海底管道接入装置整体设计为左右全对称构造,导引器、导引索具、吊装绳和液压推送器均采用分体式结构且垂向布置,而气筒和海管接入器则采用左右对称的筒体结构;
一气筒;所述气筒采用卧式多筒体串联构造,气筒体由内而外依次同轴心布置有一级筒体、二级筒体和三级筒体且其内外各级筒体的长度依次减小,各级筒体内存储微正压的气体同时其外环面上均设置有两个圆形的凸台并分别配置排气阀;吊座由上吊座和下吊座组成,支座和吊座对称布置于气筒的两侧,支座由内支座和外支座组成且均分为两组,内支座上钻有等间距成行排列的圆孔,而外支座上钻有类锯齿状的孔眼;
一吊装绳;所述吊装绳的两上吊装绳对称布置于下吊装绳的两侧,每根上吊装绳和导引绳分别配置一个绳头、绳筒和绳体,而下吊装绳配置有两个绳头和绳筒以及一个绳体;
一导引器;所述导引器采用平行轮卡槽式构造,气筒两侧的导引器随导引索具中导引绳轨迹上的不同弯曲度而不断进行自动调心,且导引器的调偏角度始终保持相同,同时所有导引轮的对称面始终位于同一个平面内;支架的两分支架均采用两圆形、一矩形和一等腰梯形互相结合的厚钢板,其圆形厚钢板的中央加工有规格尺寸相同的轴承孔,该轴承孔外粗内细,且轴承孔的粗孔内嵌与之过盈配合的双排列调心滚子轴承,而轴承孔的细孔内置有挡圈;每个导引器含有两个导引轴,且自动调心时两导引轴的轴线始终保持平行,导引轮依据其对称双卡槽所构成的类椭圆形孔道来卡住导引索具,而使导引器能够沿着导引索具滑移且滑移过程中两导引轮的对称面及其两侧的端面相互间始终保持平齐,导引轮采用沿轴向对称布置的回转体结构,其外环面由内而外依次为下凹的环形卡槽和上凸的圆环;
一导引索具;所述导引索具垂向等间距平行布置于气筒两侧并为海底管道接入装置提供滑移轨道,上下卡瓦采用剖分式半圆形筒体结构,下卡瓦的下卡板中部切有拱形槽;锁紧螺旋轴的轴头采用半球体和圆柱体相结合的结构,球形垫片的下端面设有精密研磨的球面,该球面与锁紧螺旋轴轴头的半球体进行配合,外吊耳仅有一组且位于上卡瓦的正上方;
一液压推送器;所述液压推送器向下轴向推进实现海管接入器和接入管段吊装位置的精细调整与对中,它采用独立的双液压缸并通过支座和中吊耳实现气筒和海管接入器间的联接;
一海管接入器;所述海管接入器采用剖分式厚壁筒体构造,它为开孔器提供支点且起到三通作用并作为新海底管道的接入点,接入本体采用沿轴向对称布置的筒体,前接入本体中部的筒壁上设置三通管并与水下安全阀联接在一起,前后接入本体两端的前侧和后侧均设置等间距排列的圆锥形凸台,且圆锥形凸台与各组销轴套依次交错排列,密封器采用剖分式法兰盘和环体相结合的结构,中吊耳分别布置于密封器法兰盘的正上方,其中部切有矩形凹槽;
一开孔器;所述开孔器由开孔机的进给箱对其钻杆实施自动进给,并经钻杆前端与其采用锥体定心和螺纹联接的开孔刀具对海底管道实施钻孔,机座和机筒与开孔机的进给箱共同构成开孔作业中封闭海水的腔室,且机座采用圆锥形筒体而机筒则采用柱形筒体。
2.根据权利要求1所述的导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法,其特征在于:所述海底管道接入装置的导引器、导引索具、吊装绳的上吊装绳和液压推送器均含有左右两个结构和规格尺寸完全相同的单体,且其单体对称布置于气筒的两侧,而气筒和海管接入器均卧式布置且二者间的轴线保持平行;
所述气筒将导引器、吊装绳和液压推送器集于一体,并用来平衡对中、对接、回收和接入作业中海浪和内波经吊装绳所传递的振荡载荷,气筒体的二级筒体和三级筒体分别由两个结构和规格相同的筒体组成,同时其各级筒体间分别布置规格尺寸相同的法兰盘,相邻两法兰盘间配置一个盲端法兰,从而将各级筒体分隔成独立的密闭腔室;气筒体两侧端的盲端法兰上均钻有四组圆孔,各组圆孔沿气筒体的中心对称布置,每组圆孔含有两列圆孔;
排气阀的开启和关闭完成气筒体各级筒体的充气,并作为海水填充各级筒体时的通道;
所述吊座的上吊座分为两组且均位于二级筒体上两排气阀之间的位置,而其下吊座仅有一组且位于一级筒体的中部,每组吊座中的每个分吊座均采用半圆形和矩形相结合的钢板;
所述支座的内支座位于二级筒体的外环面上且其长度等于二级筒体的筒高,而其外支座位于三级筒体的外环面上且其长度等于三级筒体的筒高,同时外支座上孔眼中每个锯齿的外形呈圆形且孔眼的齿根处保持联通,以方便中销轴的调整。
3.根据权利要求1所述的导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法,其特征在于:所述吊装绳的上吊装绳与上吊座进行铰接,而下吊装绳分别与下吊座和开孔器的内吊耳进行铰接;
所述吊装绳和导引索具中导引绳的结构形式相同且均由绳头、绳筒和绳体构成,绳头一端采用半圆柱体和四方体相结合的柱体,而另一端则采用阶梯回转轴并通过螺纹与绳筒联接在一起,绳筒采用柱形筒体,其内壁采用阶梯回转面来定位绳体的绳端;
所述下吊装绳的两绳头和绳筒对称布置于其绳体的两侧并连为一体。
4.根据权利要求1所述的导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法,其特征在于:所述导引器卡住气筒两侧的导引索具,气筒每侧的导引器含有上下排列的两个单体,以限制接入装置前后和左右两个方向上的位移,每个导引器的结构和规格尺寸相同且采用全对称结构;
所述支架含有两个单体的分支架且两分支架平行放置,轴承端盖中央设有环形凸台,该环形凸台的外径小于调心滚子轴承外圈的直径,以实现调心滚子轴承外圈的定位,同时挡圈外侧圈体的外径小于调心滚子轴承内圈的直径,并结合套筒而实现调心滚子轴承内圈的定位,而且挡圈内侧圈体的外环面上设置分层齿状环体;支架端部圆形厚钢板上设置一个注油槽而其中部圆形厚钢板上则设置有对称布置的两注油槽,每个注油槽采用环形管体结构;
所述导引轴配合双排列调心滚子轴承实现导引器的自动调心,导引轴两端的轴头与支架轴承孔内的调心滚子轴承内圈及套筒间采用过盈配合,而其两端的轴颈则分别与挡圈的内壁间采用间隙配合,且挡圈的轴向长度大于导引轴轴颈的长度;
所述导引轮外环面上的环形卡槽及其两侧圆环的外轮廓均呈半圆弧,且环形卡槽半圆弧所在圆的直径大于圆环半圆弧所在圆的直径并大于导引索具中导引绳的直径。
5.根据权利要求1所述的导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法,其特征在于:所述导引索具的导引绳与导引器的导引轮之间形成滚动摩擦副,其上下卡瓦结合锁紧螺旋轴共同实现导引索具与海底管道预制环形沟槽间的快速锁紧;上下卡瓦的一端设有等间距交错排列的长销轴套,而其另一端上卡板的中部辅以柱形凸台且其中央部位车制与锁紧螺旋轴相配合的梯形螺纹孔,且下卡板中部拱形槽的槽宽大于锁紧螺旋轴的外径;
所述锁紧螺旋轴的轴头上部半球体的球心位于锁紧螺旋轴轴体的轴线上,其轴头半球体下端圆面的直径等于轴头圆柱体的外径而轴头半球体上端圆面的直径则小于轴体的外径;
所述球形垫片采用柱形铜板,其中部切有与下卡瓦中下卡板同样规格尺寸的拱形槽;
所述外吊耳中的每个分外吊耳采用圆形和矩形相结合的钢板。
6.根据权利要求1所述的导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法,其特征在于:所述海管接入器的接入本体分为前接入本体和后接入本体,其上端设有等间距分组布置的销轴套,而其两端的前侧和后侧上各圆锥形凸台的轴线均与接入本体的剖分面保持垂直;
所述密封器的法兰盘上钻有与前后接入本体密封螺孔相同位置和布置形式的孔眼,而其环体的外环面与接入本体的内壁间隙配合而构成移动副,旋紧各推进螺柱并依靠密封器环体所传递的推力,接入本体内的各金属圈轴向移动并逐步与海底管道的预制环面贴合后产生变形而形成金属密封;水下安全阀用于海管超压工况时的自动关闭及开孔作业后钻孔处的封堵;
所述中吊耳均采用圆柱体和方体相结合的结构,其方体的下端与密封器法兰盘的前半部分连为一体,而中吊耳中部的矩形凹槽内插入液压缸活塞杆的接头并分别与各下销轴配合。
7.根据权利要求1所述的导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法,其特征在于:所述液压推送器的两液压缸中液压油通过多路换向阀统一分配以实现自动同步轴向推进功能,液压缸的缸筒与气筒进行固定而其活塞杆则与海管接入器锚定在一起;
所述开孔器的机座和机筒分别通过其端面法兰盘与水下安全阀和水下电机联接在一起,机座圆锥形筒体的大端圆面直径与水下安全阀进出口的管径和前接入本体上三通管的管径保持一致,而其圆锥形筒体小端圆面的直径则与机筒柱形筒体的管径相等;
所述开孔器的内吊耳与内销轴配合同时结合液压推送器的双液压缸和下销轴实现海管接入器和开孔器的三点吊装。
8.根据权利要求1所述的导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法,其特征在于:所述管段预制与测量作业完成海底管道开孔部位的预制和相对位置的测定,其流程为,清理海底管道开孔部位的水泥配重层及防腐层,并采用打磨机将开孔部位打磨成内侧为柱形环面和两侧为锥形环面的预制环面,同时在该预制环面的两侧管段上分别打磨出环形沟槽;海底管道预制环面中柱形环面的外径和轴向长度及其锥形环面的锥度和锥高分别与海管接入器中接入本体和密封器的内壁规格尺寸保持一致,而其两侧环形沟槽的外径和轴向长度则与导引索具上下卡瓦的内径和轴向长度相一致,最后准确测定海底管道预制环面及其两侧环形沟槽的相对位置,包括空间方位角等,并依据水下测量参数制定相应的吊装作业方案;
所述导引索具定位作业完成导引索具与海底管道间的快速锁紧,其流程为,通过吊机的副钩和导引绳将导引索具下放至海底管道预制环形沟槽处,利用水下机器人将下卡瓦绕过海底管道后将锁紧螺旋轴卡进其下卡板和球形垫片的拱形槽内,旋紧锁紧螺旋轴并将导引索具快速锁紧于海底管道预制环形沟槽内,同时通过球形垫片与锁紧螺旋轴轴头间的球面配合及时调整上下卡瓦结合面之间产生的偏心,导引索具锁紧后的外吊耳位于海底管道的正上方。
9.根据权利要求1所述的导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法,其特征在于:所述导引式气筒平衡吊装与对中作业通过导引和气筒平衡作用将海底管道接入装置吊装至开孔部位并完成海管接入器与预制管段的对中,其流程为,通过排气阀向气筒体各级筒体内充入相同微正压的气体,通过吊机的主钩和上吊装绳下放海底管道接入装置,导引轮卡住气筒两侧的导引绳,并使整套接入装置依据导引器和导引索具的导引作用而始终沿着导引绳不断向下滑移;滑移过程中依据卧式气筒的平衡作用不断抵消海浪和内波所产生的振荡载荷而将海管接入器和开孔器顺利吊装至海底管道开孔部位的上方;接着,利用水下机器人打开后接入本体,然后开启液压推送器,并依靠液压缸提供的推进动力将海管接入器和开孔器向下轴向推进,直至前接入本体与海底管道预制环面重合,接着停止供液压油并合上后接入本体;
所述气筒平衡对接与钻孔作业完成海管接入器与预制管段的水下对接和预制管段的开孔,其流程为,依据卧式气筒的平衡作用将海管接入器和开孔器稳定于海底管道预制环面的位置,利用水下机器人在前后接入本体的圆锥形凸台内分别装入夹紧螺柱从而将海管接入器接于海底管道上,然后旋紧密封器的各推进螺柱并使接入本体内的各金属圈产生变形而在海管接入器和海底管道预制环面间形成金属密封;接着,依据卧式气筒的平衡作用以及双液压缸和下吊装绳三点吊装的辅助支撑作用将开孔器固定于海管接入器上,开启水下电机并经开孔机的减速箱和进给箱对其钻杆实施自动进给,在水下安全阀、机座、机筒和进给箱所构成的填充有海水的封闭腔室中,通过开孔机的开孔刀具对海底管道进行钻孔直至钻孔作业结束,然后由开孔机的进给箱对其钻杆和开孔刀具实施自动退刀,最后关闭水下安全阀。
10.根据权利要求1所述的导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法,其特征在于:所述气筒平衡回收作业用来完成海底管道接入装置的拆卸并通过气筒辅助回收,其流程为,首先利用水下机器人打开气筒的排气阀,依次泄放出气筒体各三级筒体中的全部气体并分别填充海水,然后关闭排气阀;接着,利用水下机器人依次拔出各中吊耳上的下销轴,然后各液压缸回油且其活塞杆退回,最后关闭液压推送器,完成液压推送器的拆卸;然后,利用水下机器人旋松锁紧螺旋轴,通过吊机的副钩和导引绳上提导引索具直至锁紧螺旋轴脱离出下卡瓦中下卡板和球形垫片的拱形槽,完成导引索具的拆卸;再接着,利用水下机器人旋松机座端面法兰盘上的各固定螺柱,依据卧式气筒的平衡作用并通过吊机的主钩和吊装绳将开孔器从海管接入器上拆卸下来,最后利用吊机的主副钩将拆卸后的接入装置回收至施工船上;
所述接入管段连接作业完成接入管段与海管接入器间的连接,其流程为,首先将导引器、导引索具和下吊装绳依次从气筒上拆卸下来,再利用气筒、上吊装绳和液压推送器重复组装成新的吊装工具,并通过下销轴将接入管段联接到液压推送器的液压缸上;然后,依据卧式气筒的平衡作用并通过吊机和吊装工具逐渐下放接入管段,并将其吊装至海管接入器中水下安全阀外侧进口管段的上方;接着,开启液压推送器,并依靠液压缸提供的推进动力将接入管段向下轴向推进,直至接入管段右侧管端的中心线与水下安全阀的轴线重合,然后停止供液压油;再接着,利用水下机器人旋紧水下安全阀外侧进口法兰盘上的各固定螺柱,将接入管段联接到海管接入器上,并利用水下机器人依次拔出各下销轴,各液压缸回油并关闭液压推送器,然后利用吊机将拆卸下来的吊装工具回收至施工船上;最后,在海底管道预制的环形沟槽内涂覆玻璃胶直至环形沟槽所填玻璃胶的环面与海底管道外环面平齐为止,然后重新涂覆并恢复海底管道开孔部位周围的防腐层。
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