CN115183055B - 一种新型Slay铺管船柔性托管架及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型Slay铺管船柔性托管架及调节方法，包括：铰接式托管架本体、压力伸缩杆、多槽定滑轮和卷扬机；铰接式托管架本体包括多个首尾相互铰接的铰接杆，每个铰接杆上安装有用于承载管线的托辊；相邻铰接杆的铰接点及两端铰接杆的两端点通过钢丝绳绕过多槽定滑轮对应的轮槽后与卷扬机相连，多槽定滑轮安装在压力伸缩杆的伸出端，压力伸缩杆和卷扬机安装在铺管船上。本发明可实现作业半径、作业深度的调整，既可实现对托辊的单独调控，又可实现托管装置的整体作业，可解决管线托管架不贴合问题。

Description

一种新型Slay铺管船柔性托管架及调节方法

技术领域

本发明涉及托管架技术领域，具体涉及一种新型Slay铺管船柔性托管架及调节方法。

背景技术

随海洋油气田的大量开采，海底油气管道的铺设成为近年的研究热点。海管铺设最为重要的装备就是铺管船，托管架作为铺管船的重要组成部分，其合理性是管道铺设的关键。

托管架是Slay铺管船的核心装备之一，目前应用最为广泛的托管架为固定式托管架。固定式托管架一般由若干段桁架铰接而成，其带有较小程度的升降能力，可实现小范围的作业半径变化。固定式托管架的尾端与船体直接相连，一定程度上限制了托管架的托管距离，当铺设管线相对较深时，无法实现安全托管；另外，铺设管线由于重力原因会发生一定程度的弯曲，产生弧度，固定式托管架受限于其自身性质变动幅度较小，很难实现托辊与管线的完全贴合。

因此，研究一种更为灵活的远程柔性托管架在Slay铺管船上将具有极大的应用前景。

发明内容

针对现有固定式托管架存在的半径伸缩量小、铺管深度浅、托辊与管线不贴合等问题，本发明提供一种脱离船体的新型Slay铺管船柔性托管架及调节方法。

本发明公开了一种新型Slay铺管船柔性托管架，包括：铰接式托管架本体、压力伸缩杆、多槽定滑轮和卷扬机；

所述铰接式托管架本体包括多个首尾相互铰接的铰接杆，每个所述铰接杆上安装有用于承载管线的托辊；

相邻所述铰接杆的铰接点及两端所述铰接杆的两端点通过钢丝绳绕过多槽定滑轮对应的轮槽后与所述卷扬机相连，所述多槽定滑轮安装在所述压力伸缩杆的伸出端上，所述压力伸缩杆和卷扬机安装在铺管船上。

作为本发明的进一步改进，所述托辊包括U型托辊架和多个可伸缩的托管轮轴，多个所述托管轮轴安装在所述U型托辊架的两侧和底部，实现对所述管线的三点支撑。

作为本发明的进一步改进，所述托管轮轴通过轴承安装在固定杆上，所述固定杆通过可伸缩弹性体安装在所述U型托辊架的两侧和底部。

作为本发明的进一步改进，每个所述托管轮轴上设有用于检测所述管线对所述托管轮轴压力的压力传感器。

作为本发明的进一步改进，每个所述压力传感器与铺管船主控***的输入端相连，所述铺管船主控***的输出端与所述压力伸缩杆和卷扬机相连。

作为本发明的进一步改进，所述铰接式托管架本体与铺管船相脱离设置，所述托管轮轴依据所述管线的管径自由变动，用于实现对不同管线的托管作业。

作为本发明的进一步改进，所述压力伸缩杆在工作区间内自由伸缩，用于调控托管架的作业半径。

作为本发明的进一步改进，所述卷扬机控制任一铰接点的单独调整或多个铰接的整体调整，用于调控托管架的作业深度。

本发明还公开了一种柔性托管架的调节方法，包括：

作业半径调节：

铺管船主控***根据所需的作业半径，自动控制压力伸缩杆伸出至预设的作业半径位置处；

在调节过程中，每个所述托辊上的压力传感器将检测到的压力数据发送至铺管船主控***，所述铺管船主控***判断该托辊所承受的压力是否超出其临界阈值，若超出，则自动控制所述卷扬机，对对应托辊的铰接点进行预设范围内的调整，以实现托管架对管线内部拉应力的释放。

作为本发明的进一步改进，还包括：

作业深度调节：

铺管船主控***根据所需的作业深度，自动控制卷扬机对牵引托管架的各钢丝绳进行预设长度的释放，以使其达到预设的作业深度；

在调节过程中，每个所述托辊上的压力传感器将检测到的压力数据发送至铺管船主控***，所述铺管船主控***判断该托辊所承受的压力是否超出其临界阈值，若超出，则自动控制所述卷扬机，对对应托辊的铰接点进行预设范围内的调节，以实现托管架对管线内部拉应力的释放。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过铰接杆将每两个托辊相互铰接在一起，铰接点采用钢丝绳绕过压力伸缩杆端部的多槽定滑轮后，最终连接至卷扬机上；通过卷扬机既可实现对托辊的单独调控，又可实现托管装置的整体作业，可解决管线托管架不贴合问题；

本发明通过控制压力伸缩杆的伸缩，来调控柔性链式托辊的位置，实现对远离船体的管线进行托管作业；

本发明通过控制卷扬机对钢丝绳的升降，延伸托辊位置对管线进行铺设，实现作业深度的调整；

本发明托辊内部含有可伸缩轮轴来适应不同管径管线的铺设，满足更多工程需求；

本发明托辊内含压力传感器，可通过压力传感器反馈的压力数据对铺管环境进行实时监测，从而通过控制卷扬机对托管力进行调整，以实现托管架对管线内部拉应力的释放。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的新型Slay铺管船柔性托管架的结构示意图；

图2为本发明一种实施例公开的新型Slay铺管船柔性托管架的托辊的结构示意图；

图3为本发明一种实施例公开的新型Slay铺管船柔性托管架的作业半径的变化示意图；

图4为本发明一种实施例公开的新型Slay铺管船柔性托管架的作业深度的变化示意图。

图中：

1、管线；2、多槽定滑轮；3、钢丝绳；4、压力伸缩杆；5、卷扬机；6、铰接点；7、铰接杆；8、托辊；9、压力传感器；10、可伸缩弹性体；11、托管轮轴；12、轴承；13、U型托辊架。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1、2所示，本发明提供一种新型Slay铺管船柔性托管架，包括：铰接式托管架本体、多槽定滑轮2、钢丝绳3、压力伸缩杆4、卷扬机5和托辊8；其中，

本发明的铰接式托管架本体包括多个首尾相互铰接的铰接杆7，每个铰接杆7上安装有用于承载管线的托辊8；相邻铰接杆7的铰接点6及两端铰接杆7的两端点通过钢丝绳3绕过多槽定滑轮2对应的轮槽后与卷扬机5相连，多槽定滑轮2安装在压力伸缩杆4的伸出端，压力伸缩杆4和卷扬机5安装在铺管船上。

具体的，本发明的铰接式托管架本体与铺管船相脱离设置，通过压力伸缩杆4和钢丝绳3实现对铰接式托管架本体的支撑，通过卷扬机5实现对铰接式托管架本体的拉伸；压力伸缩杆4在工作区间内自由伸缩，用于调控托管架的作业半径；卷扬机5控制任一铰接点6的单独调整或多个铰接的整体调整，用于调控托管架的作业深度。

例如，如图1所示，本发明的铰接式托管架本体由4根铰接杆7首尾铰接而成，相邻铰接杆7的铰接点6及两端铰接杆7的两端点通过对应的5根钢丝绳绕过五槽定滑轮对应的轮槽后与卷扬机5的5个施力端连接，卷扬机5的5个施力端可单独控制，也可同时工作；基于此，当需要调控托管架的作业半径，控制压力伸缩杆4伸出，如图3所示通过压力伸缩杆4的伸出长度实现作业半径R1至R2的调节；基于此，当需要调控托管架的作业深度，控制卷扬机5带动对应的钢丝绳3进行卷放，如图4所示通过钢丝绳3的卷放长度实现作业深度H1至H2的调节。

如图2所示，本发明的托辊8包括U型托辊架13和多个可伸缩的托管轮轴11，多个托管轮轴11安装在U型托辊架13的两侧和底部，实现对管线1的三点支撑；具体的，托管轮轴11通过轴承12安装在固定杆上，固定杆通过可伸缩弹性体10安装在U型托辊架13的两侧和底部，可伸缩弹性体10为弹簧。

为实现作业深度和作业半径确定后的自动化自适应调节，如图2所示，本发明在每个托管轮轴11上设有用于检测管线1对托管轮轴11压力的压力传感器9，在一个托辊8上通过设置3个压力传感器9，可分别实现管线对U型托辊架13两侧壁的压力检测以及对底部的压力检测，基于此，可判断出哪侧的压力超出；例如，当底部压力传感器检测的压力超出阈值后，则表明该托辊8对应的位置较高，需控制卷扬机5调节对应钢丝绳3的长度，以使其达到预设阈值范围内。

进一步，本发明每个压力传感器9与铺管船主控***的输入端相连，铺管船主控***的输出端与压力伸缩杆4和卷扬机5相连。其中，铺管船主控***连接有用于调节作业深度和作业半径的显示屏，同时，铺管船主控***内也对应不同位置不同托辊上的压力传感器设有相同或不同的压力阈值。例如，

工作人员可在显示屏上输入所需调节的作业半径R，铺管船主控***基于作业半径R分析压力伸缩杆4所需伸出的长度后，控制压力伸缩杆4伸出至对应的长度以达到所需的作业半径。

工作人员可在显示屏上输入所需调节的作业深度H，铺管船主控***基于作业深度H分析卷扬机5所需收放的钢丝绳长度后，控制卷扬机5将钢丝绳收放至预设长度以达到所需的作业半径。

铺管船主控***内基于4个托辊的侧壁压力传感器和底部压力传感器，共设置对应的8个压力阈值，分别为托辊1侧壁压力阈值、托辊1底部压力阈值、托辊2侧壁压力阈值、托辊2底部压力阈值···。在进行作业半径和作业深度调节的过程中，12个压力传感器会实时检测管线的压力数据，并发送至铺管船主控***，铺管船主控***基于对应压力传感器的数据与内部设定的对应压力阈值进行比较判断，若超出阈值，则控制压力伸缩杆4和卷扬机5在预设的范围内进行调节，例如该预设范围的调节为不超出作业半径或作业深度的1％。以使在满足作业半径或作业深度的前提下，使其压力正常。

本发明提供一种基于上述柔性托管架的调节方法，包括：

1、作业半径调节：

铺管船主控***根据所需的作业半径，自动控制压力伸缩杆伸出至预设的作业半径位置处；

在调节过程中，每个托辊上的压力传感器将检测到的压力数据发送至铺管船主控***，铺管船主控***判断该托辊所承受的压力是否超出其临界阈值，若超出，则自动控制卷扬机，对对应托辊的铰接点进行预设范围内的调整，以实现托管架对管线内部拉应力的释放。

2、作业深度调节：

铺管船主控***根据所需的作业深度，自动控制卷扬机对牵引托管架的各钢丝绳进行预设长度的释放，以使其达到预设的作业深度；

在调节过程中，每个托辊上的压力传感器将检测到的压力数据发送至铺管船主控***，铺管船主控***判断该托辊所承受的压力是否超出其临界阈值，若超出，则自动控制卷扬机，对对应托辊的铰接点进行预设范围内的调节，以实现托管架对管线内部拉应力的释放。

本发明的使用方法包括：

管线经焊接之后由托管架进行托管作业。首先，卷扬机通过对钢丝绳进行调整使得托辊与管线实现贴合，托辊根据管线的管径可自行调整托管半径实现最佳贴合，图1为本发明专利的一种脱离船体的Slay铺管船柔性托管架的托辊设计简图。图中所示，托辊内部含有三个轮轴，轮轴与托辊之间弹性连接。在对不同直径的管线进行铺设时，轮轴可依据管线直径自由伸缩，实现托辊对管线的最佳贴合。

若要求需要调整作业半径，压力伸缩杆可进行伸缩满足大小工作半径的需求。图2为本发明专利的一种脱离船体的Slay铺管船柔性托管架作业半径调控办法。通过对压力伸缩杆的调控，可将柔性的链式托管架位置进行调节。如图2所示，当压力伸缩杆向外延伸时，可增大托管架的作业半径。

若要求需要调整作业深度，压力伸缩杆伸缩后，通过卷扬机对托辊进行调整可满足不同深度的作业要求。采用上述方式增大托管架的半径之后，同时对牵引托管架的钢丝绳进行释放，可在一定程度上增大铺管船的作业深度。如图3所示，增大托管架作业半径并适当释放钢丝绳长度之后增大了铺管作业的深度。

本发明的优点为：

本发明通过铰接杆将每两个托辊相互铰接在一起，铰接点采用钢丝绳绕过压力伸缩杆端部的多槽定滑轮后，最终连接至卷扬机上；通过卷扬机既可实现对托辊的单独调控，又可实现托管装置的整体作业，可解决管线托管架不贴合问题；

本发明通过控制压力伸缩杆的伸缩，来调控柔性链式托辊的位置，实现对远离船体的管线进行托管作业；

本发明通过控制卷扬机对钢丝绳的升降，延伸托辊位置对管线进行铺设，实现作业深度的调整；

本发明托辊内部含有可伸缩轮轴来适应不同管径管线的铺设，满足更多工程需求；

本发明托辊内含压力传感器，可通过压力传感器反馈的压力数据对铺管环境进行实时监测，从而通过控制卷扬机对托管力进行调整，以实现托管架对管线内部拉应力的释放。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种Slay铺管船柔性托管架，其特征在于，包括：铰接式托管架本体、压力伸缩杆、多槽定滑轮和卷扬机；

所述铰接式托管架本体包括多个首尾相互铰接的铰接杆，每个所述铰接杆上安装有用于承载管线的托辊；

相邻所述铰接杆的铰接点及两端所述铰接杆的两端点通过钢丝绳绕过多槽定滑轮对应的轮槽后与所述卷扬机相连，所述多槽定滑轮安装在所述压力伸缩杆的伸出端上，所述压力伸缩杆和卷扬机安装在铺管船上；

所述托辊包括U型托辊架和多个可伸缩的托管轮轴，多个所述托管轮轴安装在所述U型托辊架的两侧和底部，实现对所述管线的三点支撑；每个所述托管轮轴上设有用于检测所述管线对所述托管轮轴压力的压力传感器，每个所述压力传感器与铺管船主控***的输入端相连，所述铺管船主控***的输出端与所述压力伸缩杆和卷扬机相连；

铺管船主控***基于工作人员所输入的作业半径R和作业深度H，控制压力伸缩杆伸出至对应的长度以达到所需的作业半径以及控制卷扬机将钢丝绳收放至预设长度以达到所需的作业半径；同时，在进行作业半径和作业深度调节的过程中，铺管船主控***基于对应压力传感器的数据与内部设定的对应压力阈值进行比较判断，若超出阈值，则控制压力伸缩杆和卷扬机在预设的范围内进行调节，以使在满足作业半径或作业深度的前提下，使其压力正常；其中，铺管船主控***内也对应不同位置不同托辊上的压力传感器设有相同或不同的压力阈值。

2.如权利要求1所述的柔性托管架，其特征在于，所述托管轮轴通过轴承安装在固定杆上，所述固定杆通过可伸缩弹性体安装在所述U型托辊架的两侧和底部。

3.如权利要求1所述的柔性托管架，其特征在于，所述铰接式托管架本体与铺管船相脱离设置，所述托管轮轴依据所述管线的管径自由变动，用于实现对不同管线的托管作业。

4.如权利要求1所述的柔性托管架，其特征在于，所述压力伸缩杆在工作区间内自由伸缩，用于调控托管架的作业半径。

5.如权利要求1所述的柔性托管架，其特征在于，所述卷扬机控制任一铰接点的单独调整或多个铰接的整体调整，用于调控托管架的作业深度。

6.一种如权利要求1～5中任一项所述的柔性托管架的调节方法，其特征在于，包括：

作业半径调节：

铺管船主控***根据所需的作业半径，自动控制压力伸缩杆伸出至预设的作业半径位置处；

在调节过程中，每个所述托辊上的压力传感器将检测到的压力数据发送至铺管船主控***，所述铺管船主控***判断该托辊所承受的压力是否超出其临界阈值，若超出，则自动控制所述卷扬机，对对应托辊的铰接点进行预设范围内的调整，以实现托管架对管线内部拉应力的释放。

7.如权利要求6所述的调节方法，其特征在于，还包括：

作业深度调节：

铺管船主控***根据所需的作业深度，自动控制卷扬机对牵引托管架的各钢丝绳进行预设长度的释放，以使其达到预设的作业深度；

在调节过程中，每个所述托辊上的压力传感器将检测到的压力数据发送至铺管船主控***，所述铺管船主控***判断该托辊所承受的压力是否超出其临界阈值，若超出，则自动控制所述卷扬机，对对应托辊的铰接点进行预设范围内的调节，以实现托管架对管线内部拉应力的释放。