一種海底柔性管鋪設用固定裝置的制作方法

本發明涉及海底管道配套裝備技術領域,具體涉及一種海底柔性管鋪設用固定裝置。

背景技術：

海底用柔性管一般由玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等纏繞的增強層、高密度聚乙烯、聚丙烯等制成的外套層和內襯層等粘結構成，也有通過金屬層與非金屬層復合而成的非粘結性管道。由于構成材料的原因，復合增強管道在整體上的密度往往與海水差異不大，因此需要采取特殊方法使管道沉入海底并保證其鋪設后穩定性。

海底柔性管（以下簡稱海管）沉放到海底后，波浪、海流以及附近船舶拋錨都會危及到海管的安全及穩定性。針對平管段、淺水區域的海管鋪設常采用挖溝埋設，但是當遇到具有較多硬質巖石的海床，挖溝埋設已變的非常困難，這時就需要將管道上移至海床表面，通過鋪設碎石方法覆蓋管道，這種拋石的方法雖然成本低但受工作水深和傾倒準確性的影響顯著，其配重壓力分布并不平均，長時間下碎石受波流等沖刷部分管道區域的壓載效果會失效，另外，在埋設或部分配重塊中管道的軸向位移被限制，而管道在兩種鋪設法的過渡區域亦或是從鋪管到立管的過渡區域，管道在軸向力和環向力共同作用下極為不穩定，易造成表面磨損局部屈曲或其他形式的疲勞。

在深海，由于挖溝埋設不方便成本過高，而且受人為影響較小，柔性管主要采用配重壓墊、穩定壓塊、配重塊等方式。對于配重壓墊方式來說，一般也只用于保護局部管道，增加局部管道與海床的貼合程度，大范圍使用壓墊不現實；穩定壓塊按形式可分為鉸鏈式穩定壓塊和馬鞍形穩定壓塊，這種配重方式必須實現對海底進行平滑處理，否則易與隆起表面形成擠壓造成柔性管的局部應力集中；配重塊通常由上、下兩塊組成，首選對稱于管中心的設計，然后通過螺栓連接，可以做成圓形、矩形、星形等不同形狀，實際鋪設中，需要的配重塊數量多總重量太大，且柔性管在安裝時一般需要托管架以及張緊器的支持，因此配重法在實際安裝中有諸多不便。在深海，受探測技術的限制，不可能完全描繪出海底鋪設區域的地形地貌，同時在鋪設線路上也不可能保證地形的完全水平，一定存在較復雜的地形區，而改造深海地形成本太大，也因此，配重塊的安放是個考驗，要保證配重塊的平放非常困難，否則對于配重塊鎖定螺栓的長期剪應力疲勞性能是個考驗。

此外，以上所有的配重方式關于其維護換新和廢棄回收重復利用都相對困難，成本很高，面對配重鋪設方式存在的問題，面向更深的應用水域和更復雜的地理條件，需要一種新的柔性管鋪設裝置，不僅能克服以上問題，而且能保持良好的穩固性能。

技術實現要素：

本發明的目的是提出一種海底柔性管鋪設用固定裝置，可適應大部分柔性管鋪設要求，無論是在水平亦或是具有傾斜角度的海底都能夠保證裝置抓地的穩固性，對于地形的適應性非常好，且安裝實施方便。

本發明是采用以下的技術方案實現的：一種海底柔性管鋪設用固定裝置，包括固地裝置以及與固地裝置連接的管道限位裝置，所述固地裝置插入土壤中，利用土壤摩擦、海水內外壓差和內部配重保持穩固，管道穿過管道限位裝置被環向固定；所述固地裝置為中空無底圓柱型結構，包括上殼以及側壁，其上殼較厚；上殼的中間設置有一插槽，以與管道限位裝置相連，插槽的周圍環向設置有配重槽及排氣通孔，所述配重槽和排氣通孔內分別設置有配重塊和排氣裝置；所述配重塊的形狀與配重槽底部輪廓保持一致，其高度小于配重槽，配重塊的實際重量和形狀可以根據實際需要確定；所述固地裝置側壁的底端為削尖部，有助于將固地裝置的初始插入，且在固地裝置內側壁上設置有倒齒，以增加固地裝置拔出時的土壤摩擦力。

進一步的，所述管道限位裝置包括對管道起保護作用的管套以及與所述插槽匹配的插頭，管套外面套設有對管套進行固定的上管箍和下管箍，上管箍和下管箍通過螺栓固定連接，且所述插頭與下管箍相連接，管道通過管套，并通過上、下管箍箍緊管套，插頭插入插槽中，并通過一鎖緊環固定，以將管道限位裝置和固地裝置連接。

進一步的，所述插槽為倒圓錐形結構，對應的，在固地裝置的內部具有一倒圓錐體，同樣，所述插頭為倒圓錐形結構，以與插槽相匹配。

進一步的，所述排氣裝置包括一外筒，外筒的頂部設置有通氣板，通氣板上設置有若干個氣口，外筒內設置有上密封艙和下密封艙，上密封艙和下密封艙的底部具有倒圓錐形閥口，且在上密封艙和下密封艙內分別設置有可局部上下運動實現密封或流通的上密封塊和下密封塊，且在通氣板下方設置有伸入上密封艙內用以阻止上密封塊向上過度運動的止擋柱。

進一步的，所述外筒上部為圓柱形、下部為倒圓錐形結構，對應的，在排氣通孔的底部設置有與外筒下部倒圓錐形結構匹配的倒圓錐口。

進一步的，所述排氣裝置與排氣通孔螺紋連接，即在排氣裝置的外側壁上設置有外螺紋，在排氣通孔的內側壁上設置有內螺紋，通過將排氣裝置旋入排氣通孔并使得排氣裝置的下部倒圓錐形結構卡在排氣通孔底部倒圓錐口處，同時形成密封。

進一步的，所述管套由兩個相卡接的半圓筒狀殼體組成，且所述管套的內徑略大于管道外徑，以允許一定的徑向位移和管道橢圓度，且在管套的中部外壁上設置有與所述上管箍和下管箍配合的凸起環，管套的兩端部被加工削成圓弧尖狀。

進一步的，所述上管箍和下管箍分別包括兩個半圓形箍環和兩個連接塊，所述連接塊焊接在半圓形箍環的兩端部，且兩個半圓形箍環中間的空隙與所述凸起環相嵌合，以防止上管箍和下管箍發生位移，固定的更加牢固。

進一步的，所述插頭包括與下管箍焊接的上組塊以及倒圓錐形下組塊，所述上組塊為圓柱形，且下組塊的直徑大于上組塊的直徑，所述倒圓錐形下組塊與所述插槽緊密貼合。

進一步的，所述鎖緊環包括上部圓盤和下部卡軸，下部卡軸的外表面設置有螺紋，且下部卡軸緊貼插頭下組塊設置。

與現有技術相比，本發明的優點和積極效果在于：

其一、本方案所提出的固定裝置的最大優點表現在其靈活性：①整個結構的體積，重量較小；固定支持力的產生原理不同于傳統的配重方式；整個裝置是組裝而成，各個部件可以拆卸和更換；②可適應不同的地形環境、土壤種類和地表傾角；滿足大部分的柔性管鋪設要求，并可與其他的鋪設方法結合使用；③功能具有多樣性，一方面可將管道固定于某一水平高度，應用于減小管道振動，另一方面可以用于固定除了管道以外的諸多不同海底設備；方便安裝和拆卸，便于維修和更換；

其二，該固定裝置的穩固和配重機理有效減少了鋪管船配重塊的運輸重量，下放于水中也比傳統配重塊方式或是挖溝方式方便快捷，有效減少了安裝運輸和回收的成本，提升了鋪管的效率，并保證其穩固效果不亞于傳統方式；

其三，該固定裝置對于深水鋪設或固定有較大的價值：在深水，無論是挖溝還是配重的成本要大大增加；對于更深的水域，在不便于做細致勘探和平滑處理的海底，此裝置的適應性極佳，可以使管道有效避開復雜的海底地表；越深的海底，其海水壓力越大，此裝置正是利用了海水壓差保證穩固，越大的水壓，其安裝和穩固的效果越好。

附圖說明

圖1為本發明實施例所述固定裝置整體結構示意圖；

圖2為圖1中所述固定裝置結構爆炸示意圖；

圖3為圖1中所述固定裝置剖面示意圖；

圖4為本發明實施例所述管道限位裝置結構示意圖；

圖5為本發明實施例所述固地裝置示意圖；

圖6為本發明實施例所述排氣裝置立體參考圖；

圖7為本發明實施例所述排氣裝置密封狀態下的剖面示意圖；

圖8為本發明實施例所述排氣裝置排氣狀態下的剖面示意圖。

具體實施方式

為了能夠更加清楚地理解本發明的上述目的、特征和優點，下面結合附圖及實施例對本發明做進一步說明。

一種海底柔性管鋪設用固定裝置，如圖1和圖2所示，包括固地裝置3以及與固地裝置3連接的管道限位裝置2，所述固地裝置3插入土壤中，利用土壤摩擦、海水內外壓差和內部配重保持穩固，管道1穿過管道限位裝置2被環向固定；參考圖3和圖5，所述固地裝置3為中空無底圓柱型結構，包括上殼31以及側壁32，其上殼31較厚；上殼31的中間設置有一插槽33，以與管道限位裝置2相連，插槽33的周圍環向設置有配重槽34及排氣通孔35，所述配重槽34和排氣通孔35內分別設置有配重塊4和排氣裝置5；所述配重塊4的形狀與配重槽底部輪廓保持一致，可以為扇形或其他形狀，其高度小于配重槽34深度，配重塊4的實際重量和形狀可以根據實際需要確定，放入不同重量、大小、密度的配重塊4后并焊接封好。從圖3和圖5可以看出，所述固地裝置3側壁32的底端為削尖部321，側壁32的厚度由下到上逐漸增厚，有助于固地裝置3的初始插入，且在固地裝置3內側壁上設置有倒齒36，以增加固地裝置拔出時的土壤摩擦力。

參考圖4，所述管道限位裝置2包括對管道起保護作用的管套21以及與所述插槽33輪廓及角度匹配的插頭22，管套21外面套設有對管套進行固定的上管箍23和下管箍24，上管箍23和下管箍24通過螺栓25固定連接，且所述插頭22與下管箍24相連接，管道1通過管套21，并通過上、下管箍箍緊管套21，插頭22插入插槽33中，并通過一鎖緊環6固定，以將管道限位裝置2和固地裝置3連接。所述插槽33為倒圓錐形結構，對應的，在固地裝置3的內部具有一倒圓錐體37，同時倒圓錐體37的存在使得土壤逐漸被壓緊變硬，排出了土壤內部的水和空氣，使土壤與倒齒充分接觸，增加了固地裝置的抓力。

本實施例中，參考圖6-圖8，所述排氣裝置5為軸對稱結構，包括一外筒，外筒的頂部設置有通氣板，通氣板上設置有若干個氣口51；圖7和圖8分別為單向自閉式排氣裝置的密封狀態和排氣狀態剖面的結構圖，具體的，在外筒內設置有上密封艙52和下密封艙53，上密封艙52和下密封艙53的底部具有倒圓錐形閥口7，且在上密封艙52和下密封艙53內分別設置有可上下運動實現密封或流通的上密封塊521和下密封塊531，兩個密封塊的錐角度同密封艙壁圓錐角度一致，在受壓后貼合能形成完整密封，且在通氣板下方設置有伸入上密封艙內用以阻止上密封塊521向上過度運動的止擋柱54。

用吸管從排氣裝置5氣口51開始吸水氣時，排氣裝置5內密封塊因壓力變化會向上移動，圖6中，所述外筒上部為圓柱形55、下部為倒圓錐形結構56，對應的，在排氣通孔35的底部設置有與外筒下部倒圓錐形結構匹配的倒圓錐口351，以提供相應的密封壓力。所述排氣裝置5與排氣通孔35螺紋連接。即在排氣裝置5的外側壁上設置有外螺紋，在排氣通孔35的內側壁上設置有內螺紋，通過將排氣裝置5旋入排氣通孔并使得排氣裝置的下部倒圓錐形結構卡在排氣通孔底部倒圓錐口處，同時形成密封。

排氣時，圖8中，上密封塊521首先被吸起，下密封塊531緊接著被吸起，由于特殊的結構形狀，密封塊不會反向密封，整個排氣裝置內形成完整暢通的路徑，內部和空氣水順著路徑流入吸管中，抽入吸水器，當固地裝置圓筒內外壓差相同時，固地裝置開始下降逐漸插入土中，待固地裝置在土壤中安置完成，拔出吸管，在內外壓差和自身重力作用下上、下密封塊回到原位置，從而形成雙重壓力密封。

另外，從圖2可以了解，所述管套21由兩個相卡接的半圓筒狀殼體26組成，且所述管套21的內徑略大于管道1外徑，以允許一定的徑向位移和管道橢圓度，且在管套1的中部外壁上設置有與所述上管箍23和下管箍24配合的凸起環27，凸起環27的截面為等腰梯形。管套邊緣被設計成緩沖過渡，減小與管道的接觸應力集中，所述上管箍23和下管箍24分別包括兩個半圓形箍環28和兩個連接塊29，所述連接塊29焊接在半圓形箍環28的兩端部，且兩個半圓形箍環28中間的空隙281與所述凸起環27相嵌合，在上、下管箍螺栓連接后，兩塊半圓筒狀殼體被箍緊形成干涉配合從而固定住，以防止上管箍23和下管箍24發生位移，固定的更加牢固。

所述插頭22包括與下管箍焊接的上組塊221以及倒圓錐形下組塊222，所述上組塊221為圓柱形，且下組塊222的直徑大于上組塊的直徑，所述倒圓錐形下組塊222與所述插槽33緊密貼合。所述鎖緊環6包括上部圓盤61和下部卡軸62，下部卡軸62的外表面設置有螺紋。

整個固定裝置在著地時由于裝置自身和配重塊重量對土壤有一定初始涉入量，固地裝置內部形成封閉。通過排氣裝置吸取固地裝置內部的水和氣，形成和外部海水的壓差，在壓力作用下固地裝置側壁被壓入土中；在固地裝置內部倒圓錐體的作用下，壓入的土壤被越壓越實，同時與側壁和倒齒緊密結合。壓入完畢后，內部形成密封，在土壤摩擦力、海水壓差和配重的共同作用下，整個固定裝置保持穩固；排氣時，在排氣裝置作用下，受到來氣口的吸力，上密封塊和下密封塊依次被吸起，由于內部的特殊結構設計，形成一個由上至下的通路，內部海水和空氣沿此路徑排出；所述氣口暴露于海水中時，受到海水壓力，兩密封塊被下壓至其錐面緊貼倒圓錐形閥口圓錐面，此時通路被封閉，排氣裝置內部形成雙重密封。

本實施例提出的固定裝置能夠對鋪地柔性管道形成穩固且持久的海底固定效果，通過利用固地裝置入地結構處的土壤阻力、裝置負壓及上殼內部的配重來保證整個裝置的穩定性，并通過倒齒，倒圓錐等局部結構布置進一步提升了固地裝置的抓緊力和穩定性，形成良好并持久的固定效果；在固地裝置上方亦可以根據需要安放用于其它海底裝備固定的限位裝置，在此不做詳細說明，對于海底結構的固定具有普遍適用性和靈活性；再者，該裝置的適應能力和靈活性高，對復雜地形和不同的土壤適應性強，固定裝置在不同土質的土壤中都能插入并緊固。

此外，固地裝置插入的深度、與地面的插入角度等都能夠適當地調整以適應不同的海底情況；同時，排氣裝置和限位裝置也方便裝卸，便于維修更換，對排氣裝置的設計具有自緊和雙重密封效果，較傳統的排氣口更安全，更靈活，具有更好的密封效果和更長的使用壽命；整個固定裝置體積小、安裝簡單且無需工作人員潛水作業，節省了海底柔性管道的鋪設成本，較傳統的海底復合管道固定方式更具有經濟效益和安全性，也能夠根據需要和其他配重方式配合使用，比如挖溝埋溝等，適用范圍較廣。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非是對本發明作其它形式的限制，任何熟悉本專業的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以變更或改型為等同變化的等效實施例應用于其它領域，但是凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發明技術方案的保護范圍。