一種用于處理海底管道懸跨的結(jié)構(gòu)支撐裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)支撐裝置，尤其涉及一種用于處理海底管道懸跨的結(jié)構(gòu)支撐 裝置，屬于海洋裝備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 海洋輸油管道鋪設(shè)過(guò)程中，海底水流運(yùn)動(dòng)對(duì)海床存在剪切力的作用，進(jìn)而導(dǎo)致海 床地貌的改變。原本海底管道應(yīng)與海床表面接觸，但是因?yàn)楹Ｋ疀_刷使海床高度下降，管道 懸置起來(lái)形成懸跨。根據(jù)海洋沖刷動(dòng)力學(xué)原理，海底沖刷的形成主要是因?yàn)樵诤５装惭b了 輸油管道或者其他海底設(shè)施之后，打破了原有的海底流場(chǎng)動(dòng)平衡，致使局部水流流速變快 或者變慢，使正常流動(dòng)的水流形成流速梯度而出現(xiàn)剪切力作用于海床，導(dǎo)致沖刷現(xiàn)象產(chǎn)生； 鋪設(shè)海底設(shè)施以后還會(huì)打破原有水動(dòng)力平衡，使管道周圍產(chǎn)生漩渦激流，從而加劇對(duì)海床 表面的沖刷作用，使懸跨不斷增大，直到再次達(dá)到平衡狀態(tài)。
[0003] 因?yàn)楹５坠艿缿铱缯T發(fā)的后果及其嚴(yán)重，懸跨會(huì)使輸油管道承受額外的軸向應(yīng)力 和疲勞載荷，一段時(shí)間后交變的疲勞載荷使管道表面出現(xiàn)裂紋，隨著交變應(yīng)力作用的時(shí)間 加長(zhǎng)，管道裂紋不斷增大，這種情況及其危險(xiǎn)，管道會(huì)出現(xiàn)油氣泄漏情況，給油氣公司造成 經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)更加增加了環(huán)境負(fù)擔(dān)，還會(huì)對(duì)海洋生物構(gòu)成致命的威脅，嚴(yán)重威脅海底管 道的安全運(yùn)營(yíng)。
[0004] 例如普遍采用的類似中國(guó)專利（CN 101963257 A)的通過(guò)安放海底基座并用法蘭 盤固定短粧達(dá)到支撐管道的方法，當(dāng)懸跨高度在一段時(shí)間后發(fā)生變化時(shí)并不能起到有效的 支撐作用，甚至?xí)龃蠊艿浪艿膹澢d荷。本專利所采用的方法雖然成本有所增加，但是 相比于海上施工的復(fù)雜程度和高風(fēng)險(xiǎn)投入，結(jié)構(gòu)支撐法的優(yōu)勢(shì)也日益顯現(xiàn)出來(lái)。只需要使 用R0V載體將支撐裝置運(yùn)送到準(zhǔn)確地點(diǎn)，到達(dá)準(zhǔn)確地點(diǎn)后通過(guò)臍帶和一定的人工外力輔助 控制結(jié)構(gòu)支撐裝置的一系列動(dòng)作。結(jié)構(gòu)支撐裝置對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)，隨著海底管道懸跨 高度的變化，支撐腿的高度、張開(kāi)角度獨(dú)立控制改變，可以適應(yīng)較多的海底地貌狀況，結(jié)構(gòu) 支撐法具有一定的自動(dòng)化能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了適用于管道最大直徑介于280~520mm之間、水深< 60m、管 道懸跨高度1. 2~2. 4m、管道懸跨跨度< 30m的海底管道懸跨處理情況而提供一種用于處 理海底管道懸跨的結(jié)構(gòu)支撐裝置。
[0006] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：三角形主支撐板上端設(shè)置有頭部液壓系統(tǒng)箱，三角 形主支撐板的三個(gè)角分別鉸接有腿部主伸縮缸，每個(gè)腿部主伸縮缸的輸出端鉸接有防沉 板，三角形支撐板的下端還鉸接安裝有三套支撐腿側(cè)向伸縮缸，且每套支撐腿側(cè)向伸縮缸 的輸出端通過(guò)側(cè)向伸縮缸鉸接環(huán)與對(duì)應(yīng)的腿部主伸縮缸的缸套連接，所述三角形主支撐板 的下端中心位置安裝有抓取機(jī)構(gòu)提拉缸，所述抓取機(jī)構(gòu)提拉缸是二級(jí)液壓缸，且所述抓取 機(jī)構(gòu)提拉缸的一級(jí)輸出端與抓取機(jī)構(gòu)框架固連，所述抓取機(jī)構(gòu)框架內(nèi)設(shè)置有可移動(dòng)的灌漿 滑板，灌漿滑板的上端與抓取機(jī)構(gòu)提拉缸的二級(jí)輸出端固定連接，灌漿滑板的端部鉸接安 裝有灌漿袋機(jī)構(gòu)液壓缸，灌漿袋機(jī)構(gòu)液壓缸的輸出端與灌漿平臺(tái)連桿鉸接，灌漿平臺(tái)連桿 的上端與灌漿滑板的下端鉸接，灌漿平臺(tái)連桿的下端固連有灌漿袋儲(chǔ)放盒，所述灌漿滑板 的下端的中心位置還設(shè)置有管道定位半環(huán)，所述抓取機(jī)構(gòu)框架的上方對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)手爪 驅(qū)動(dòng)缸，每個(gè)手爪驅(qū)動(dòng)缸的輸出端固連有連接件，連接件的端部固連有抓取機(jī)構(gòu)推桿，抓取 機(jī)構(gòu)推桿的端部對(duì)稱固連有兩個(gè)抓取機(jī)構(gòu)連桿，每個(gè)抓取機(jī)構(gòu)連桿的端部鉸接有手爪，且 每個(gè)手爪的中間位置通過(guò)銷軸與抓取機(jī)構(gòu)框架連接，所述抓取機(jī)構(gòu)框架的兩個(gè)側(cè)面上均設(shè) 置有限制抓取機(jī)構(gòu)推桿極限位置的限位塊。
[0007] 本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：
[0008] 1.所述液壓系統(tǒng)箱包括箱體、安裝在箱體內(nèi)的三角柱體油箱、三角柱體油箱上的 液壓栗和電機(jī)、安裝在三角柱體油箱側(cè)面的兩個(gè)蓄能器以及安裝在箱體內(nèi)分別用于控制每 個(gè)腿部主伸縮缸、每套支撐腿側(cè)向伸縮缸、抓取機(jī)構(gòu)提拉缸、灌漿袋機(jī)構(gòu)液壓缸和手爪驅(qū)動(dòng) 缸的控制閥，所述電機(jī)的輸出端與液壓栗連接，液壓栗的輸出端與三角柱體油箱連接，每個(gè) 腿部主伸縮缸、每套支撐腿側(cè)向伸縮缸、抓取機(jī)構(gòu)提拉缸、灌漿袋機(jī)構(gòu)液壓缸和手爪驅(qū)動(dòng)缸 分別通過(guò)管路依次和對(duì)應(yīng)的控制閥以及三角柱體油箱連接。
[0009] 2.所述三角形主支撐板上還設(shè)置有三個(gè)吊耳。
[0010] 3.所述管道定位半環(huán)是柔性管道定位半環(huán)。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明只需要使用R0V載體將支撐裝置 運(yùn)送到準(zhǔn)確地點(diǎn)，到達(dá)準(zhǔn)確地點(diǎn)后通過(guò)臍帶和一定的人工外力輔助控制結(jié)構(gòu)支撐裝置的一 系列動(dòng)作。結(jié)構(gòu)支撐裝置對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)，隨著海底管道懸跨高度的變化，支撐腿的高 度、張開(kāi)角度獨(dú)立控制改變，可以適應(yīng)較多的海底地貌狀況，結(jié)構(gòu)支撐法具有一定的自動(dòng)化 能力。本發(fā)明可以處理的海底管道懸跨高度在1. 2~2. 4m范圍內(nèi)，并且為避免支撐裝置陷 入海床的深度過(guò)大，本發(fā)明適用于質(zhì)地較硬的海床環(huán)境。本發(fā)明采用液壓傳動(dòng)控制方式，可 以通過(guò)臍帶在船上控制裝置的整體高度和支撐腿的張開(kāi)角度，并可在定位后準(zhǔn)確抓取夾緊 管道，然后通過(guò)抓取機(jī)構(gòu)的提拉缸提取管道至指定高度，本發(fā)明具有施工過(guò)程簡(jiǎn)單無(wú)需停 產(chǎn)，工期短，適應(yīng)懸跨高度變化性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了鋼管直徑φ 280~520mra、管道 懸跨高度1. 2~2. 4m的管道懸跨支撐作業(yè)。結(jié)構(gòu)支撐裝置對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)，隨著海底 管道懸跨高度的變化，支撐腿的高度、張開(kāi)角度獨(dú)立控制改變，可以適應(yīng)較多的海底地貌狀 況。雖然制造成本較高，但是相比于海上施工的復(fù)雜程度和高風(fēng)險(xiǎn)投入，機(jī)械支撐法的優(yōu)勢(shì) 也日?顯現(xiàn)出來(lái)。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的主視方向結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖2是本發(fā)明的抓取機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖3是本發(fā)明的俯視方向結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖4是本發(fā)明的液壓油路原理圖；
[0016] 圖5是本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0018] 結(jié)合圖1至圖5,本發(fā)明由防沉板1、腿部主伸縮缸2、側(cè)向伸縮缸鉸接環(huán)3、支撐腿 側(cè)向伸縮缸4、吊耳5、頭部液壓系統(tǒng)箱6、主支撐板7、抓取機(jī)構(gòu)提拉缸8、限位塊9、管道定 位半環(huán)10、待抓取管道11、手爪12、抓取機(jī)構(gòu)框架13、抓取機(jī)構(gòu)連桿14、抓取機(jī)構(gòu)推桿15、 抓取液壓缸-爪連接件16、手爪驅(qū)動(dòng)缸17、灌漿裝置滑板18、灌漿袋機(jī)構(gòu)液壓缸19、灌漿平 臺(tái)連桿20、灌楽;袋儲(chǔ)放盒21組成。
[0019] 具體的說(shuō)本發(fā)明包括頭部液壓系統(tǒng)、主支撐板、腿部主伸縮缸、防沉板、支撐腿側(cè) 向伸縮缸、抓取機(jī)構(gòu)、抓取驅(qū)動(dòng)缸、管道定位半環(huán)、提拉缸、輸油管道、吊耳等組件，主伸縮缸 和側(cè)向伸縮缸配合實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)支撐裝置的升降和角度調(diào)整。抓取機(jī)構(gòu)升降由提拉缸控 制。抓取管道前由管道定位半環(huán)確定管道與抓取機(jī)構(gòu)的距離，以便決定抓取的確切時(shí)機(jī)。抓 取驅(qū)動(dòng)缸控制手抓的張開(kāi)與閉合，當(dāng)手爪連桿與擋塊接觸時(shí)管道被夾緊并實(shí)現(xiàn)自鎖，保證 夾緊的可靠性。為了保證裝置的長(zhǎng)時(shí)間效用，在抓取提拉管道到達(dá)預(yù)定高度后又添加了一 個(gè)灌漿袋施放過(guò)程。
[0020] 三個(gè)腿部主伸縮缸2鉸接在主支撐板7上，其下部安裝有在一定范圍內(nèi)可調(diào)的防 沉板1 ;支撐腿側(cè)向伸縮缸4 一端鉸接在主支撐板7上，一端鉸接在側(cè)向伸縮缸鉸接環(huán)3上， 腿部主伸縮缸2配有兩個(gè)支撐腿側(cè)向伸縮缸4,確保有足夠的作用力；抓取機(jī)構(gòu)中的抓取液 壓缸-爪連接件16和手爪驅(qū)動(dòng)缸17、抓取機(jī)構(gòu)推桿15連接，驅(qū)動(dòng)缸控制抓取機(jī)構(gòu)的打開(kāi)和 閉合。抓取管道前由管道定位半環(huán)10確定管道與裝置的合適距離，決定適當(dāng)?shù)臅r(shí)間夾緊， 當(dāng)推桿15與限位塊9接觸時(shí)處于夾緊位置，到達(dá)機(jī)構(gòu)自鎖位置，這時(shí)如撤去手爪驅(qū)動(dòng)缸的 驅(qū)動(dòng)力，管道也不會(huì)自行脫落，并且由手爪驅(qū)動(dòng)缸的活塞端對(duì)這一位置進(jìn)行限位；整個(gè)抓取 機(jī)構(gòu)可由抓取機(jī)構(gòu)提拉缸8進(jìn)行短位置調(diào)動(dòng)；提拉缸8-端固定在主支撐板7上；當(dāng)抓取管 道到預(yù)定高度后，灌漿袋機(jī)構(gòu)液壓缸19的液壓桿伸長(zhǎng)，通過(guò)灌漿臺(tái)連桿使灌漿袋儲(chǔ)放盒擺 動(dòng)至平行于海床面位置，然后通過(guò)抓取機(jī)構(gòu)提拉缸8的二級(jí)液壓缸控制灌漿裝置滑板18向 下運(yùn)動(dòng)至與海床表面接觸緊密。然后向灌漿袋內(nèi)注入漿液，當(dāng)灌漿袋足以撐起管道時(shí)停止 灌漿。此裝置消除海底管道懸跨將機(jī)械支撐法與灌漿袋支撐法結(jié)合起來(lái)，有了各自的優(yōu)點(diǎn)， 長(zhǎng)時(shí)間避免了海底管道懸跨的產(chǎn)生。由于此裝置重量在1. 2噸左右，考慮到水下操作的可 行性，裝置下水前在三個(gè)吊耳5上分別增設(shè)一個(gè)浮力箱降低整個(gè)裝置的水中重力，然后通 過(guò)R0V載體將裝置運(yùn)送到指定懸跨發(fā)生地點(diǎn)。頭部臍帶可與母船臍帶纜連接，并接收由母 船提供的動(dòng)力。
[0021] 液壓系統(tǒng)：支撐腿的張開(kāi)角度范圍為0~60°，這個(gè)范圍的控制元件為側(cè)向伸縮 缸，每個(gè)支撐腿由兩個(gè)側(cè)向缸控制，這時(shí)對(duì)兩側(cè)向缸有同步性要求；支撐腿是主要的承力機(jī) 構(gòu)，其上下伸縮缸對(duì)管道的提拉起到重要作用，并且每個(gè)缸對(duì)相應(yīng)腿是單獨(dú)作用的，以適應(yīng) 海床復(fù)雜地形；抓取機(jī)構(gòu)控制是由抓取液壓缸實(shí)現(xiàn)，抓取機(jī)構(gòu)本身具有自鎖功能，為保證抓 取的可靠性，可對(duì)抓取缸油路設(shè)計(jì)鎖緊回路；提拉缸的作用是上下移動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向機(jī) 構(gòu)，并可對(duì)管道起到一定的提拉作用。灌漿袋投放部分有兩個(gè)液壓缸，一個(gè)控制灌漿臺(tái)高 度，一個(gè)控制灌漿臺(tái)桿部角度。綜上所述可對(duì)執(zhí)行元件（液壓缸）分為五組：支撐腿上下伸 縮缸、支撐腿側(cè)向伸縮缸、抓取缸和微調(diào)提拉缸、灌漿臺(tái)控制缸。裝置的整個(gè)液壓系統(tǒng)被密 封在頭部箱體之中，采用螺栓連接，且連接處用〇形圈密封，三角形主支撐板三個(gè)側(cè)面有油 路接口通