一種海底管路鋪設輔助裝置的制作方法

本發明屬于海洋工程技術領域，涉及一種用于海底管路鋪設的裝置。

背景技術：

隨著人類對海洋開發的不斷深入，在海底鋪設輸送管路或線路變得越來越必要，例如輸送油氣的管路或輸電或信息傳輸線纜，為保障輸電或信息傳輸線纜的安全通常也需要將其放入預先鋪設的管路中。

目前海底管線的鋪設方法主要為：鋪管時船按鋪設線路就位并拋錨定位。預制好的管段在船上連接接后從托管架上進入水中，鋪管船靠錨泊系統逐步前移，焊完一段前進一段。這是目前通行的鋪管方法。截至1982年止世界上約有70艘鋪管船，最大鋪管水深可達200m，能鋪直徑1120mm的管子。

但是，采取在船上進行管段連接的方式不但需要托管架等設備，而且連接好管路從船上到海底要經過斜向下較長的懸垂過度段才能到達海底，所以船舶要承載懸垂過度段管路的重量。這段懸垂段管體不但增加了船舶的載荷，而且容易造成管路的損壞。船舶與管體互相作用，特別是在風浪較大時，船舶的運動作用于管路容易損壞管路，同樣管路的運動作用于船舶也容易損壞船舶，威脅到船舶的安全。另外，海底通常凹凸不平，一般需要工程船預先對海底進行平整或挖取鋪設管路的溝槽，鋪設好管路后再由工程船將管路掩埋，極其麻煩。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有的技術存在上述問題，提出了一種海底管路鋪設輔助裝置，本海底管路鋪設輔助裝置實現管路的分段管下放，避免管路出現懸垂段，減小船舶受的懸垂管路載荷，降低管路及船舶發生損壞的風險，在鋪設管路的同時對海底進行平整或挖取鋪設管路的溝槽，及對鋪設好管路進行掩埋。

本發明的目的可通過下列技術方案來實現：一種海底管路鋪設輔助裝置，包括用于施工的施工船，施工船前端設置有進行海底挖泥的鉸刀及抽取泥沙的絞吸泵，通過鉸刀實現對海底的平整或挖掘出鋪設管路的溝槽，同時絞吸泵用來吸取泥沙，即相當于絞吸式挖泥船,從施工船至海底設置有運輸分段管的輸送鏈，沿所述輸送鏈從上到下設置有分段管導向節，對管體起導向作用，導向節上設有支撐分段管內壁的導向輪。輸送鏈位于海底的端部連接對接轉盤，用于實現兩個分段管的端口對中。對接轉盤后面設置第一連接轉盤，所述對接轉盤與第一連接轉盤通過伸縮缸構成的并聯控制機構連接，使得通過控制伸縮缸的伸縮來控制對接轉盤位置及朝向。第一連接轉盤與第二連接轉盤之間設置有控制兩連接轉盤相對轉動的旋轉驅動機構。第一連接轉盤與第二連接轉盤之間通過伸縮控制機構連接，以便控制第一連接轉盤與第二連接轉盤之間的距離。對接轉盤、第一連接轉盤與第二連接轉盤上設置有沿轉盤徑向伸縮的伸縮爪及控制伸縮爪伸縮的機構，伸縮爪的伸出支撐在分段管內壁上，實現轉盤與分段管管體的固定連接。施工船尾端設置有對應海底已鋪設管路的的泥沙輸出管，將絞吸泵吸上來的泥沙噴撒到已鋪設好的管體上，將管路埋上，以保護管路。

本海底管路鋪設輔助裝置的工作原理是這樣的：在海底預先固定有一段預設管路，第一連接轉盤與第二連接轉盤放置在預設管路端口內，轉盤上的伸縮爪伸出，使得轉盤固定在管路上。在船上載有等長的分段管，分段管的兩端設置有旋緊螺紋或相互配合的卡接端，使得分段管首尾之間能夠連接成一體的管路。

分段管套在輸送鏈上的導向節上，使得分段管沿輸送鏈下滑到海底，然后通過提升輸送鏈使得分段管端口接近對接轉盤，通過控制伸縮缸構成的并聯控制機構動作使得對接轉盤伸進分段管內，然后控制伸縮爪伸出使得對接轉盤通過伸縮爪固定在分段管上，然后并聯控制機構動作使得該分段管端口與設置有第一連接轉盤的管體端口大致的對中，然后第一連接轉盤伸縮爪縮回，接著并聯控制機構，同時第一連接轉盤與第二連接轉盤之間的液壓缸伸出，使得第一連接轉盤進入離開海底管體進入分段管內，第二連接轉盤仍然在原來的管體內，然后第一連接轉盤的伸縮爪伸出，然后控制第一連接轉盤相對第二連接轉盤轉動，同時利用伸縮機構使第一連接轉盤向第二連接轉盤運動，從而使兩個管通過端部的螺紋連接在一起。連接好后，再將對接轉盤、第一連接轉盤與第二連接轉盤牽引到該分段管的端口處準備連接下一段從船上放下的分段管。

在上述的海底管路鋪設輔助裝置中，輸送鏈與對接轉盤通過旋轉接頭連接。避免第一連接轉盤的傳動到輸送鏈上。

在上述的海底管路鋪設輔助裝置中，導向節上設置有控制導向輪徑向伸縮長度的伸縮控制機構，在進入分段管之前，導向輪縮回，方便導向節進入分段管，進入分段管后導向輪再伸出。

在上述的海底管路鋪設輔助裝置中，導向節包括作為主體的短管，短管內部設有四個支撐在輸送鏈鏈節上的內導向輪，短管上設置有將短管固定在鏈節上的插銷，短管外設有支撐分段管內壁的伸縮爪。使得導向節既可固定在鏈節上也可沿輸送鏈下滑，這時可以利用牽引繩牽引導向節，使其與分段管一起沿輸送鏈滑動，伸縮爪均設置為八個，其中不相臨的四個伸縮爪端部設置導向輪，另四個伸縮爪端部設置摩擦端頭，控制不同的伸縮爪伸縮實現導輪導向或摩擦端固定。

在上述的海底管路鋪設輔助裝置中，對接轉盤上設置有框架體，所述框架體為轉軸首尾連接組成的正六邊形框架體，轉軸彼此通過萬向聯軸器連接，每個轉軸上設置有垂直于轉軸的伸縮爪，每個轉軸上設置有軸承，軸承通過支撐柱支撐在轉盤上，轉軸上設置有控制轉軸轉動的旋轉機構。通過轉動轉軸實現伸縮爪的端部聚攏或向外散開，相當于控制伸縮爪相對分段管的伸縮。對接轉盤上伸縮爪端部聚攏會形成圓錐狀前端，有助于使對接轉盤更順暢的進入分段管中。

在上述的海底管路鋪設輔助裝置中，每個轉軸上設置有兩個伸縮爪，其中的一個伸縮爪的端部設置導向輪，另一個伸縮爪的端部設置摩擦頭。設置有導向輪的伸縮爪與設置有摩擦頭的伸縮爪之間的角度為180度。當需要其導向作用時，使帶導向輪的伸縮爪與分段管接觸，當需要將轉盤與分段管相對固定時，使帶摩擦頭的伸縮爪與分段管接觸，以便增加接觸摩擦力。使用時，具有導向輪的伸縮爪朝向前方，方便對接轉盤進入分段管中，具有摩擦頭的伸縮爪朝向后方，當伸縮爪張開后向后移動轉盤時可使伸縮爪與分段管形成自鎖狀態。

在上述的海底管路鋪設輔助裝置中，對接轉盤、第一連接轉盤或第二連接轉盤的控制伸縮爪伸縮的機構為：在轉盤上設置有螺旋槽，在伸縮爪上設置有與螺旋槽配合的齒，通過控制轉盤不同方向的轉動控制伸縮爪沿轉盤的徑向伸縮。

在上述的海底管路鋪設輔助裝置中，轉盤兩面設置有螺旋方向不同的螺旋槽，兩面的螺旋槽上均配合有伸縮爪，一面的伸縮爪端部設置導輪，一面的伸縮爪端部設置摩擦頭，轉盤轉動時一面的伸縮爪伸出另一面的伸縮爪縮回。需要轉盤相對管體移動時，控制具有導輪的伸縮爪伸出，當需要轉盤相對管體固定時，控制具有摩擦頭的伸縮爪伸出。

與現有技術相比，本海底管路鋪設輔助裝置具有以下優點：

本發明利用柔性的鏈索實現對分段管的下放，并利用設置在水底的分段管連接器實現分段管間的連接，使得管路的下放及安裝過程中，避免管路出現懸垂段及管路與船體的相互作用帶來的安全隱患。本發明結構簡單，操作方便，成本低。而且特別是適用于淺海鋪設。工程船上設置挖泥設備在鋪設管路的同時對海底進行平整或挖取鋪設管路的溝槽，及對鋪設好管路進行掩埋。

附圖說明

圖1是本發明的示意圖；

圖2是導向節結構示意圖；

圖3是分段管與海底管體對中的示意圖；

圖4是第一連接轉盤進入分段管的示意圖；

圖5是實施例一的伸縮爪的伸縮結構示意圖；

圖6是實施例二的伸縮爪的伸縮結構示意圖；

圖7是具有實施例二的伸縮爪結構作為對接轉盤的示意圖；

圖8是實施例三的伸縮爪的伸縮結構示意圖；

圖9是實施例三的伸縮爪的伸縮結構的截面示意圖；

圖10是利用實施例三的伸縮爪的伸縮結構作為轉盤的示意圖。

圖中，施工船1，輸送鏈2，分段管3，導向節4，短管401，內導向輪402，插銷403，對接轉盤5，轉軸501,萬向聯軸器502,支撐柱503，軸承504,轉軸旋轉電機505,第一連接轉盤6，轉盤驅動電機603,第二連接轉盤7，旋轉電機701，并列的兩個液壓缸702，旋轉接頭8，轉盤9,導向輪901，摩擦端頭902，伸縮爪903，殼體904,并聯控制機構10,海底管體11,鉸刀12，泥沙輸出管13。

具體實施方式

以下是本發明的具體實施例，并結合附圖對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明并不限于這些實施例。

實施例一

如圖1所示，一種海底管路鋪設輔助裝置，包括施工船1，施工船前端設置有進行海底挖泥的鉸刀12及抽取泥沙的絞吸泵，通過鉸刀實現對海底的平整或挖掘出鋪設管路的溝槽，同時絞吸泵用來吸取泥沙，即相當于絞吸式挖泥船。從施工船至海底設置有運輸分段管3的輸送鏈2，分段管即一段段的待連接管體，輸送鏈即相對于錨鏈的鐵鏈，當然也可采用足夠結實的繩索，沿所述輸送鏈從上到下設置有多個分段管導向節4，對管體起導向作用，導向節之間的間距可根據需要設置。

如圖2所示，導向節包括作為主體的短管401，短管內部設有四個支撐在輸送鏈鏈節上的內導向輪402，短管上設置有將短管固定在鏈節上的插銷403，短管外設有支撐分段管內壁的伸縮爪903。伸縮爪端部具有導向輪，使得導向節既可固定在鏈節上也可沿輸送鏈下滑，這時可以利用牽引繩牽引導向節，使其與分段管一起沿輸送鏈滑動。導向節上設有支撐分段管內壁的伸縮爪，伸縮爪的伸縮控制機構為液壓缸或氣壓缸、電動缸或齒輪齒條機構等，在進入分段管之前，導向輪縮回，方便導向節進入分段管，進入分段管后導向輪再伸出。伸縮爪和內導向輪可為動力輪，即通過電機等控制轉動的輪，使其能夠在輸送鏈上自主行走或控制分段管的移動。當然如果海底較淺，也可不用導向節，直接利用輸送鏈對分段管進行導向下放。

如圖3所示，輸送鏈位于海底的端部連接對接轉盤5，用于實現兩個分段管的端口對中。對接轉盤后面設置第一連接轉盤6，所述對接轉盤與第一連接轉盤通過伸縮缸構成的并聯控制機構10連接，使得通過控制伸縮缸的伸縮來控制對接轉盤位置及朝向，本實施例采用的是在對接轉盤與第一連接轉盤之間并聯的三個液壓缸，液壓缸與轉盤的連接處為球鉸鏈連接。

第一連接轉盤與第二連接轉盤7之間設置有控制兩連接轉盤相對轉動的旋轉驅動機構，如電機或液壓馬達等。第一連接轉盤與第二連接轉盤之間通過伸縮控制機構連接，以便控制第一連接轉盤與第二連接轉盤之間的距離。本實施例采用的是在第二轉盤上設置控制轉盤轉動的旋轉電機701，旋轉電機與第一轉盤之間通過并列的兩個液壓缸702連接。

對接轉盤、第一連接轉盤與第二連接轉盤上設置有與導向節類似的，沿轉盤徑向伸縮的伸縮爪及控制伸縮爪伸縮的液壓缸，伸縮爪即為液壓缸的活塞桿，伸縮爪的伸出支撐在分段管內壁上，實現轉盤與分段管管體的固定連接，即依靠頂壓的摩擦力使兩者不能相對移動。

在上述的海底管路鋪設輔助裝置中，輸送鏈與對接轉盤通過旋轉接頭8連接。避免第一連接轉盤的傳動到輸送鏈上。

施工船尾端設置有對應海底已鋪設管路的的泥沙輸出管13，將絞吸泵吸上來的泥沙噴撒到已鋪設好的管體上，將管路埋上，以保護管路。

如圖4、5所示，本海底管路鋪設輔助裝置的工作原理是這樣的：在海底預先固定有一段預設管路，稱為海底管體11，第一連接轉盤與第二連接轉盤放置在預設管路端口內，轉盤上的伸縮爪伸出，使得轉盤固定在管路上。在船上載有等長的分段管，分段管的兩端設置有旋緊螺紋或轉動卡接端等相互配合的連接端部，使得分段管首尾之間能夠通過旋緊螺紋或轉動卡接連接成一體的管路。

分段管套在輸送鏈上的導向節上，使得分段管沿輸送鏈下滑到海底，然后通過提升輸送鏈，使得分段管端口接近對接轉盤。

然后通過控制伸縮缸構成的并聯控制機構動作，使得對接轉盤伸進分段管內，然后控制伸縮爪伸出使得對接轉盤通過伸縮爪固定在分段管上，然后并聯控制機構動作使得該分段管端口與設置有第一連接轉盤的管體端口大致的對中，然后第一連接轉盤伸縮爪縮回，接著并聯控制機構，同時第一連接轉盤與第二連接轉盤之間的液壓缸伸出，使得第一連接轉盤進入離開海底管體進入分段管內，第二連接轉盤仍然在原來的管體內，然后第一連接轉盤的伸縮爪伸出，接著旋轉電機控制第一連接轉盤相對第二連接轉盤轉動，與此同時利用液壓缸收縮使第一連接轉盤接近第二連接轉盤，從而使兩個管通過端部的螺紋連接或卡接在一起。連接好后，再利用輸送鏈將對接轉盤、第一連接轉盤與第二連接轉盤牽引到該分段管的端口處固定，準備連接下一段從船上放下的分段管。

進一步，導向節、對接轉盤、第一連接轉盤與第二連接轉盤上的伸縮爪均設置為八個，其中不相臨的四個伸縮爪端部設置導向輪901，可為動力輪，即通過電機等控制導向輪自主轉動，另四個伸縮爪端部設置摩擦端頭902，以便增大摩擦力。帶導向輪的伸縮爪伸出方便轉盤在管體內的移動，帶摩擦端頭的伸縮爪伸出使轉盤相對管體固定。

實施例二

如圖6、7所示，與實施例一不同的是，對接轉盤5的轉盤上設置有框架體，所述框架體為轉軸501首尾連接組成的正六邊形框架體，轉軸彼此通過萬向聯軸器502連接，每個轉軸上設置有垂直于轉軸的伸縮爪，伸縮爪可只為一段桿體，也可為與實施例一中的伸縮爪相同的液壓缸。每個轉軸上設置有軸承，軸承通過支撐柱503支撐在轉盤504上，轉軸上設置有控制轉軸轉動的轉軸旋轉電機505。通過轉動轉軸實現伸縮爪的端部聚攏或向外張開，相當于控制伸縮爪相對分段管的伸縮。對接轉盤上伸縮爪端部聚攏會形成圓錐狀前端，有助于使對接轉盤更順暢的進入分段管中。伸縮爪向外張開時，端部可以支撐在分段管的內壁上。

進一步，每個轉軸上設置有兩個伸縮爪，其中的一個伸縮爪的端部設置導向輪，另一個伸縮爪的端部設置摩擦頭。設置有導向輪的伸縮爪與設置有摩擦頭的伸縮爪之間的角度為180度。當需要其導向作用時，使帶導向輪的伸縮爪與分段管接觸，當需要將轉盤與分段管相對固定時，使帶摩擦頭的伸縮爪與分段管接觸，以便增加接觸摩擦力。使用時，具有導向輪的伸縮爪朝向前方，方便對接轉盤進入分段管中，具有摩擦頭的伸縮爪朝向后方，當伸縮爪張開后向后移動轉盤時可使伸縮爪與分段管形成自鎖狀態。

進一步，第二連接轉盤上設置有與對接轉盤相同的框架體結構，不同的是設置有導輪的伸縮爪朝向后方。使得具有摩擦頭的伸縮爪張開時，第二連接轉盤如若向前移動會形成自鎖。

實施例三

如圖8、9、10所示，與實施例一，二不同的是，對接轉盤、第一連接轉盤或第二連接轉盤任意一個的伸縮爪伸縮機構為卡盤卡爪式伸縮機構：即，在殼體904內設置有轉盤9，在轉盤上設置有螺旋槽，在伸縮爪上設置有與螺旋槽配合的齒，轉盤軸上連接控制轉盤轉動的轉盤驅動電機603，電機固定在殼體上，通過電機控制轉盤不同方向的轉動控制伸縮爪沿轉盤的徑向伸出或縮回殼體，與機床上的卡盤結構類似。

進一步，轉盤兩面設置有螺旋方向不同的螺旋槽，兩面的螺旋槽上均配合有伸縮爪，一面的伸縮爪端部設置導輪，一面的伸縮爪端部設置摩擦頭，轉盤轉動時一面的伸縮爪伸出另一面的伸縮爪縮回。需要轉盤相對管體移動時，控制具有導輪的伸縮爪伸出，當需要轉盤相對管體固定時，控制具有摩擦頭的伸縮爪伸出。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。

盡管本文較多地使用了一些術語，但并不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發明的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發明精神相違背的。