CN104653864B - 一种用于处理海底管道悬跨的落石管抛石装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种用于处理海底管道悬跨的落石管抛石装置，包括圆柱形载体框架、载体顶部组件、推进***、落石导向口、观通设备和辅助机械手，柔性落石管末端与抛石装置的中间落石管通道对接，落石管抛石装置通过脐带电缆起吊，从抛石船上的月池下放到海底，通过观通设备以及辅助机械手上的定位机构进行精确定位，辅助机械手通过夹紧海底管道，使抛石装置定位在海底管道上方；碎石从抛石船上倒入到落石管中，顺着落石管进入抛石装置中，抛石装置底端的导向板调节碎石的抛出角度，使碎石在海底管道两侧完整掩埋。本发明适应于深水管道悬跨处理，特别适用于处理不同的海床土壤状态上管道的悬跨。

Description

一种用于处理海底管道悬跨的落石管抛石装置

技术领域

本发明涉及的是一种海底管道的悬跨处理装置。

背景技术

海底管道悬跨是指出现在海底管道上且与海床表面不直接接触的悬空段，管道悬跨的出现可能会诱发管道涡激振动，从而造成管道的疲劳损伤，严重时将导致管道断裂、油气外溢等，不仅给油公司带来巨大的经济损失，也会在社会上产生极坏的影响，同时对海洋环境造成严重污染。

目前，对于在建/拟建或已建成的海底管道，国内外规避或防治悬跨的方法很多，有时仅采用一种方法，有时是几种方法联合使用。对于拟建的海底管道，根据海底管道路由勘察结果，规避悬跨的主要做法是尽量使管道路由的布置绕开易于发生管道悬跨的区域，这样做虽说可能增加了管道的长度，但因海上作业风险高、成本大，从管道服役期间长期安全性考虑，与海床处理或悬跨干涉措施等相比，还是最为经济有效的方法。如果管道路由无法避免悬跨，铺设后或营运中的海底管道若有自由悬跨产生，且其长度超过允许值，就会发生涡激振动而导致破坏。为保证管道安全，应采取适当方法对悬跨进行修正。

对于在建或已建的海底管道自由悬跨处理的主要方法有：抛石法、灌浆袋法、后挖沟埋设法、结构支撑法、水泥压块法、加重法、降流促淤法和仿生水草覆盖法等等。其中，落石管抛石装置通过配备的推进器克服水流，引导落石管精确地沿着海底管线预设定路由前移。落石管抛石装置还配备有先进的定位和调查设备,如导航仪、测深仪、测高仪、旁扫声纳、扫描传感器、声纳传感器、摄像头、水下灯等,用来实时监控水下抛石状况(如石头抛在海床的形状)，从而实现精确抛石。目前这种抛石装置并且携带专业的机械手来辅助定位和引导方向还没有具体公开的技术。

发明内容

本发明的目的在于提供适用于处理不同的海床土壤状态上管道悬跨的一种用于处理海底管道悬跨的落石管抛石装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种用于处理海底管道悬跨的落石管抛石装置，其特征是：包括圆柱形焊接架、推进***、辅助机械手；圆柱形焊接架上方固定顶盖，圆柱形焊接架内部安装中间通道，顶盖中部设置漏斗口，漏斗口与中间通道相连通，中间通道下端连接落石出口，导向板通过转动轴安装在落石出口下方，落石出口上安装导向板液压缸，导向板液压缸连接可绕转动轴转动的导向板；所述的推进***包括液压油源、水平推进单元和潜浮推进单元，液压油源安装在中间通道和圆柱形焊接架之间，水平推进单元包括水平液压马达推进器、水平导管螺旋桨，水平液压马达推进器、水平导管螺旋桨安装在液压油源上方，水平液压马达推进器分别与液压油源和水平导管螺旋桨相连，潜浮推进单元包括潜浮液压马达推进器、潜浮导管螺旋桨，潜浮液压马达推进器、潜浮导管螺旋桨安装在顶盖上，潜浮液压马达推进器分别连接潜浮导管螺旋桨和液压油源；辅助机械手包括爪子、支架、驱动板液压缸、丝杠螺母结构、伸缩电机、旋转电机、摆动电机、伸缩臂、槽、连杆，圆柱形焊接架下方设置第一侧栏，伸缩电机安装在第一侧栏下方，伸缩电机连接丝杠螺母结构的丝杠，伸缩臂的下端安装在槽里，伸缩臂上端一侧与第一侧栏下方铰接，伸缩臂上端另一侧与螺母铰接，旋转电机安装在槽的下端面，旋转电机依次通过传动轴、连接件连接支架，摆动电机安装在连接件上，摆动电机连接支架，支架上安装驱动板液压缸，驱动板液压缸连接驱动板，驱动板下方安装定位杆，实现合拢或张开的爪子铰接在支架上，连杆一端与驱动板铰接，另一端与爪子铰接。

本发明还可以包括：

1、爪子上与管道接触的一侧安装轮子。

2、顶盖上安装浮力材料和吊环，所述的水平推进单元包括四组，沿顶盖的圆周方向均匀布置，所述的潜浮推进单元包括两组，沿顶盖的圆周方向均匀布置。

3、圆柱形焊接架下方设置第二侧栏，第二侧栏下方安装照明灯和摄像头。

本发明的优势在于：本发明具有辅助机械手的定位和导向，通过推进***的控制来实现抛石装置沿预设定路由进行抛石，适应于深水管道悬跨处理，特别适用于处理不同的海床土壤状态上管道的悬跨。

附图说明

图1为本发明的轴测图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～3，本发明由圆柱形焊接架1、浮力材料2、漏斗口3、吊环4、顶盖5、侧栏6、爬梯7、中间通道8、连杆9、爪子10、轮子11、定位杆12、与活塞杆固连的驱动板13、支架14、液压缸15、电机16、槽17、液压油源18、导管螺旋桨19、液压马达20、导管螺旋桨21、液压马达22、照明灯23、摄像头24、电机25、螺母26、限位块27、伸缩臂28、安装座29、丝杠30、电机31、导向板32、液压缸33、传动轴34、落石出口35、连接件36组成。总体上由圆柱形载体框架、载体顶部组件、推进***、落石导向口、观通设备和辅助机械手六部分组成。首先落石管是标准的8m或12m管长、1000mm管径的柔性落石管，柔性落石管间连接方式类似于钻井管道的连接，提高安装与拆卸速度，其末端与抛石装置的中间落石管通道对接，连接完后落石管抛石装置通过脐带电缆起吊，从抛石船上的月池下放到海底，并且位于海床上方3—5米；然后是落石管抛石装置通过观通设备以及辅助机械手上的定位机构进行精确定位，辅助机械手具有四个自由度，有一定的可调节性，辅助机械手通过夹紧海底管道，使抛石装置定位在海底管道上方；接着通过抛石装置上配备的推进器克服水流可引导落石管精确地沿着海底管线预设定路由前移；碎石从抛石船上倒入到落石管中，顺着落石管进入抛石装置中，可通过抛石装置底端的导向板调节碎石的抛出角度，使碎石在海底管道两侧完整掩埋。

圆柱形载体框架包括圆柱形焊接架1、漏斗口3、侧栏6、爬梯7、中间通道8，圆柱形焊接架1直径3m高4m，由φ80mm、δ＝18mm的圆柱杆搭建焊接而成，中间通道8为φ1100m的管道且下端焊接有对接法兰，通过一些φ80mm的支撑杆焊接在圆柱形焊接架1的中心位置，漏斗口3下端与中间通道8上端焊接在一起，侧栏6由φ50mm的圆柱杆搭建焊接而成，对称焊接在圆柱形焊接架1的两侧，爬梯7由φ60mm的圆柱杆和60x60的杆搭建焊接而成，通过安装座和转动轴对称安装在圆柱形焊接架1的两侧，并可绕转动轴转动；载体顶部组件包括浮力材料2、吊环4、顶盖5，顶盖5用来封住载体框架的顶部，焊接在圆柱形焊接架1的顶部，吊环4为三个均匀的安装在顶盖5上，浮力材料2为三块均匀的安装在顶盖5上；推进***包括液压油源18、导管螺旋桨19、液压马达20、导管螺旋桨21、液压马达22，导管螺旋桨19为两个，对称的安装在顶盖5上，液压马达20通过安装座安装在顶盖5上并通过轴传递动力给导管螺旋桨19，导管螺旋桨21为4个，均匀分布安装在圆柱形焊接架1与中间通道8组成的环形道内，液压马达22通过安装座安装在圆柱形焊接架1上，并通过轴传递动力给导管螺旋桨21，液压油源18为两个通过特制的***框架安装在圆柱形焊接架1与中间通道8组成的环形道内；落石导向口包括导向板32、液压缸33、落石出口35，落石出口35上端部焊接有法兰，通过法兰与中间通道8下端的法兰进行对接，并由螺栓进行固定，导向板32安装在落石出口35下部，可绕转动轴转动，液压缸33一端安装在落石出口35上，一端安装在导向板32上，液压缸33的动作可带动导向板32绕转动轴转动；观通设备包括照明灯23、摄像头24，照明灯23为两个、摄像头24安装在一块安装板上，两块安装板分别的安装在对称的两个侧栏6上；辅助机械手包括连杆9、爪子10、轮子11、定位杆12、与活塞杆固连的驱动板13、支架14、液压缸15、电机16、槽17、电机25、螺母26、限位块27、伸缩臂28、安装座29、丝杠30、电机31、传动轴34、连接件36，安装座29固定安装在侧栏6上，丝杠30通过两个轴座安装在侧栏6上，丝杠30可以绕轴座转动，电机25通过电机座安装在侧栏6上，并且通过传动轴可将动力传递给丝杠30，螺母26旋在丝杠30上，伸缩臂28为一系列的杆件连接而成的伸缩臂，上端部分左端铰接在安装座29，右端铰接在螺母26上，下端部分通过销轴安装在槽17里面，电机16安装在槽17下端面，传动轴34通过轴座一端安装在槽17下端面，一端安装在连接件36上，连接件36可绕传动轴34转动，电机31通过座安装在连接件36上，支架14通过轴安装在连接件36上，且可绕轴转动，限位块27焊接在爪子10上，液压缸15安装在支架14上，与活塞杆固连的驱动板13一端与活塞杆固连，爪子10铰接在支架14上，可绕销轴转动，连杆9一端与与活塞杆固连的驱动板13铰接，另一端与爪子10铰接，定位杆12焊接在与活塞杆固连的驱动板13上，轮子11安装在爪子10上。

落石管抛石装置一个工作过程分为装置的起吊与下方、辅助机械手定位、沿预定路由抛石三个步骤，具体为：

(1)装置的起吊与下方脐带电缆与抛石装置的吊环4连接为其提供动力、信号通讯及重量支撑，通过月池下方，脐带缆绞车带主动升降补偿功能，控制抛石装置的下潜，并定位在海床上方2—5米，在水下圆柱形载体框架虽然运行阻力较大，但总体布置比较方便，加挂和换装载体上的设备仪器容易，而且框架可以起到围护、支承和保护其部件(推进器、液压油源、水下摄像装备、照明灯以及机电设备等)的作用。

(2)辅助机械手定位抛石装置位于海底悬跨管道上方2—5米时，可用辅助机械手进行精确地定位，这是通过观通***的监测和推进***来实现的，辅助机械手起到辅助定位轨道的作用。辅助机械手有四个自由度，具有一定的可操作性，具体是：电机25控制的丝杠螺母机构，控制伸缩臂28上下方向的伸缩运动(如图2)；电机16控制机械爪的旋转运动(如图1)；电机31(如图3)控制机械爪的左右摆动(如图2)；液压缸15控制的四连杆机构，液压缸15推动与活塞杆固连的驱动板13运动，实现爪子10的夹紧与松开。辅助机械手通过伸缩臂28的伸展运动以及机械爪的旋转和摆动使机械手接近悬跨管道，直到定位杆12与悬跨管道接触，当判定接触后，液压缸15收回，直到与活塞杆固连的驱动板13碰到限位块27，液压缸15锁紧，此时爪子10已夹住悬跨管道，爪子10上安装有四个轮子11，当爪子夹紧悬跨管道后可沿着管道前行。

(3)沿预定路由抛石辅助机械手进行定位后，通过推进***的控制来实现抛石装置沿预设定路由进行抛石。推进***由6个液压推进器组成，因为考虑到大功率的推进器，所以用液压马达推进器，水平方向上4个液压推进器采用环形布置方式，另外两个液压推进器主要起到潜伏的作用，此外还加有浮力材料2来抵消抛石装置的一部分自重，减少推进器控制力度。这样通过推进器克服水流引导落石管精确地沿着海底管线预设定路由前移，同时由抛石船上抛下的碎石顺着落石管进入中间通道8，可通过落石导向口处的液压缸33调节导向板32的倾斜角度，来控制碎石的抛出角度，使碎石在悬跨管道两侧完整掩埋。

Claims (5)

1.一种用于处理海底管道悬跨的落石管抛石装置，其特征是：包括圆柱形焊接架、推进***、辅助机械手；圆柱形焊接架上方固定顶盖，圆柱形焊接架内部安装中间通道，顶盖中部设置漏斗口，漏斗口与中间通道相连通，中间通道下端连接落石出口，导向板通过转动轴安装在落石出口下方，落石出口上安装导向板液压缸，导向板液压缸连接可绕转动轴转动的导向板；所述的推进***包括液压油源、水平推进单元和潜浮推进单元，液压油源安装在中间通道和圆柱形焊接架之间，水平推进单元包括水平液压马达推进器、水平导管螺旋桨，水平液压马达推进器、水平导管螺旋桨安装在液压油源上方，水平液压马达推进器分别与液压油源和水平导管螺旋桨相连，潜浮推进单元包括潜浮液压马达推进器、潜浮导管螺旋桨，潜浮液压马达推进器、潜浮导管螺旋桨安装在顶盖上，潜浮液压马达推进器分别连接潜浮导管螺旋桨和液压油源；辅助机械手包括爪子、支架、驱动板液压缸、丝杠螺母结构、伸缩电机、旋转电机、摆动电机、伸缩臂、槽、连杆，圆柱形焊接架下方设置第一侧栏，伸缩电机安装在第一侧栏下方，伸缩电机连接丝杠螺母结构的丝杠，伸缩臂的下端安装在槽里，伸缩臂上端一侧与第一侧栏下方铰接，伸缩臂上端另一侧与螺母铰接，旋转电机安装在槽的下端面，旋转电机依次通过传动轴、连接件连接支架，摆动电机安装在连接件上，摆动电机连接支架，支架上安装驱动板液压缸，驱动板液压缸连接驱动板，驱动板下方安装定位杆，实现合拢或张开的爪子铰接在支架上，连杆一端与驱动板铰接，另一端与爪子铰接。

2.根据权利要求1所述的一种用于处理海底管道悬跨的落石管抛石装置，其特征是：爪子上与管道接触的一侧安装轮子。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于处理海底管道悬跨的落石管抛石装置，其特征是：顶盖上安装浮力材料和吊环，所述的水平推进单元包括四组，沿顶盖的圆周方向均匀布置，所述的潜浮推进单元包括两组，沿顶盖的圆周方向均匀布置。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于处理海底管道悬跨的落石管抛石装置，其特征是：圆柱形焊接架下方设置第二侧栏，第二侧栏下方安装照明灯和摄像头。

5.根据权利要求3所述的一种用于处理海底管道悬跨的落石管抛石装置，其特征是：圆柱形焊接架下方设置第二侧栏，第二侧栏下方安装照明灯和摄像头。