一種用于處理海底管道懸跨的結構支撐裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種結構支撐裝置，尤其涉及一種用于處理海底管道懸跨的結構支撐 裝置，屬于海洋裝備技術領域。
【背景技術】
[0002] 海洋輸油管道鋪設過程中，海底水流運動對海床存在剪切力的作用，進而導致海 床地貌的改變。原本海底管道應與海床表面接觸，但是因為海水沖刷使海床高度下降，管道 懸置起來形成懸跨。根據海洋沖刷動力學原理，海底沖刷的形成主要是因為在海底安裝了 輸油管道或者其他海底設施之后，打破了原有的海底流場動平衡，致使局部水流流速變快 或者變慢，使正常流動的水流形成流速梯度而出現剪切力作用于海床，導致沖刷現象產生； 鋪設海底設施以后還會打破原有水動力平衡，使管道周圍產生漩渦激流，從而加劇對海床 表面的沖刷作用，使懸跨不斷增大，直到再次達到平衡狀態。
[0003] 因為海底管道懸跨誘發的后果及其嚴重，懸跨會使輸油管道承受額外的軸向應力 和疲勞載荷，一段時間后交變的疲勞載荷使管道表面出現裂紋，隨著交變應力作用的時間 加長，管道裂紋不斷增大，這種情況及其危險，管道會出現油氣泄漏情況，給油氣公司造成 經濟損失的同時更加增加了環境負擔，還會對海洋生物構成致命的威脅，嚴重威脅海底管 道的安全運營。
[0004] 例如普遍采用的類似中國專利（CN 101963257 A)的通過安放海底基座并用法蘭 盤固定短粧達到支撐管道的方法，當懸跨高度在一段時間后發生變化時并不能起到有效的 支撐作用，甚至會增大管道所受的彎曲載荷。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雜程度和高風險投入，結構支撐法的優勢也日益顯現出來。只需要使 用R0V載體將支撐裝置運送到準確地點，到達準確地點后通過臍帶和一定的人工外力輔助 控制結構支撐裝置的一系列動作。結構支撐裝置對環境適應能力較強，隨著海底管道懸跨 高度的變化，支撐腿的高度、張開角度獨立控制改變，可以適應較多的海底地貌狀況，結構 支撐法具有一定的自動化能力。
【發明內容】
[0005] 本發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構支撐裝置。
[0006] 本發明的目的是這樣實現的：三角形主支撐板上端設置有頭部液壓系統箱，三角 形主支撐板的三個角分別鉸接有腿部主伸縮缸，每個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向伸縮缸，且每套支撐腿側向伸縮缸 的輸出端通過側向伸縮缸鉸接環與對應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構提拉缸，所述抓取機構提拉缸是二級液壓缸，且所述抓取 機構提拉缸的一級輸出端與抓取機構框架固連，所述抓取機構框架內設置有可移動的灌漿 滑板，灌漿滑板的上端與抓取機構提拉缸的二級輸出端固定連接，灌漿滑板的端部鉸接安 裝有灌漿袋機構液壓缸，灌漿袋機構液壓缸的輸出端與灌漿平臺連桿鉸接，灌漿平臺連桿 的上端與灌漿滑板的下端鉸接，灌漿平臺連桿的下端固連有灌漿袋儲放盒，所述灌漿滑板 的下端的中心位置還設置有管道定位半環，所述抓取機構框架的上方對稱設置有兩個手爪 驅動缸，每個手爪驅動缸的輸出端固連有連接件，連接件的端部固連有抓取機構推桿，抓取 機構推桿的端部對稱固連有兩個抓取機構連桿，每個抓取機構連桿的端部鉸接有手爪，且 每個手爪的中間位置通過銷軸與抓取機構框架連接，所述抓取機構框架的兩個側面上均設 置有限制抓取機構推桿極限位置的限位塊。
[0007] 本發明還包括這樣一些結構特征：
[0008] 1.所述液壓系統箱包括箱體、安裝在箱體內的三角柱體油箱、三角柱體油箱上的 液壓栗和電機、安裝在三角柱體油箱側面的兩個蓄能器以及安裝在箱體內分別用于控制每 個腿部主伸縮缸、每套支撐腿側向伸縮缸、抓取機構提拉缸、灌漿袋機構液壓缸和手爪驅動 缸的控制閥，所述電機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 腿部主伸縮缸、每套支撐腿側向伸縮缸、抓取機構提拉缸、灌漿袋機構液壓缸和手爪驅動缸 分別通過管路依次和對應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置有三個吊耳。
[0010] 3.所述管道定位半環是柔性管道定位半環。
[0011] 與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明只需要使用R0V載體將支撐裝置 運送到準確地點，到達準確地點后通過臍帶和一定的人工外力輔助控制結構支撐裝置的一 系列動作。結構支撐裝置對環境適應能力較強，隨著海底管道懸跨高度的變化，支撐腿的高 度、張開角度獨立控制改變，可以適應較多的海底地貌狀況，結構支撐法具有一定的自動化 能力。本發明可以處理的海底管道懸跨高度在1. 2~2. 4m范圍內，并且為避免支撐裝置陷 入海床的深度過大，本發明適用于質地較硬的海床環境。本發明采用液壓傳動控制方式，可 以通過臍帶在船上控制裝置的整體高度和支撐腿的張開角度，并可在定位后準確抓取夾緊 管道，然后通過抓取機構的提拉缸提取管道至指定高度，本發明具有施工過程簡單無需停 產，工期短，適應懸跨高度變化性強等優點。本發明實現了鋼管直徑φ 280~520mra、管道 懸跨高度1. 2~2. 4m的管道懸跨支撐作業。結構支撐裝置對環境適應能力較強，隨著海底 管道懸跨高度的變化，支撐腿的高度、張開角度獨立控制改變，可以適應較多的海底地貌狀 況。雖然制造成本較高，但是相比于海上施工的復雜程度和高風險投入，機械支撐法的優勢 也日?顯現出來。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發明的主視方向結構示意圖；
[0013] 圖2是本發明的抓取機構的結構示意圖；
[0014] 圖3是本發明的俯視方向結構示意圖；
[0015] 圖4是本發明的液壓油路原理圖；
[0016] 圖5是本發明的三維結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步詳細描述。
[0018] 結合圖1至圖5,本發明由防沉板1、腿部主伸縮缸2、側向伸縮缸鉸接環3、支撐腿 側向伸縮缸4、吊耳5、頭部液壓系統箱6、主支撐板7、抓取機構提拉缸8、限位塊9、管道定 位半環10、待抓取管道11、手爪12、抓取機構框架13、抓取機構連桿14、抓取機構推桿15、 抓取液壓缸-爪連接件16、手爪驅動缸17、灌漿裝置滑板18、灌漿袋機構液壓缸19、灌漿平 臺連桿20、灌楽;袋儲放盒21組成。
[0019] 具體的說本發明包括頭部液壓系統、主支撐板、腿部主伸縮缸、防沉板、支撐腿側 向伸縮缸、抓取機構、抓取驅動缸、管道定位半環、提拉缸、輸油管道、吊耳等組件，主伸縮缸 和側向伸縮缸配合實現整體結構支撐裝置的升降和角度調整。抓取機構升降由提拉缸控 制。抓取管道前由管道定位半環確定管道與抓取機構的距離，以便決定抓取的確切時機。抓 取驅動缸控制手抓的張開與閉合，當手爪連桿與擋塊接觸時管道被夾緊并實現自鎖，保證 夾緊的可靠性。為了保證裝置的長時間效用，在抓取提拉管道到達預定高度后又添加了一 個灌漿袋施放過程。
[0020] 三個腿部主伸縮缸2鉸接在主支撐板7上，其下部安裝有在一定范圍內可調的防 沉板1 ;支撐腿側向伸縮缸4 一端鉸接在主支撐板7上，一端鉸接在側向伸縮缸鉸接環3上， 腿部主伸縮缸2配有兩個支撐腿側向伸縮缸4,確保有足夠的作用力；抓取機構中的抓取液 壓缸-爪連接件16和手爪驅動缸17、抓取機構推桿15連接，驅動缸控制抓取機構的打開和 閉合。抓取管道前由管道定位半環10確定管道與裝置的合適距離，決定適當的時間夾緊， 當推桿15與限位塊9接觸時處于夾緊位置，到達機構自鎖位置，這時如撤去手爪驅動缸的 驅動力，管道也不會自行脫落，并且由手爪驅動缸的活塞端對這一位置進行限位；整個抓取 機構可由抓取機構提拉缸8進行短位置調動；提拉缸8-端固定在主支撐板7上；當抓取管 道到預定高度后，灌漿袋機構液壓缸19的液壓桿伸長，通過灌漿臺連桿使灌漿袋儲放盒擺 動至平行于海床面位置，然后通過抓取機構提拉缸8的二級液壓缸控制灌漿裝置滑板18向 下運動至與海床表面接觸緊密。然后向灌漿袋內注入漿液，當灌漿袋足以撐起管道時停止 灌漿。此裝置消除海底管道懸跨將機械支撐法與灌漿袋支撐法結合起來，有了各自的優點， 長時間避免了海底管道懸跨的產生。由于此裝置重量在1. 2噸左右，考慮到水下操作的可 行性，裝置下水前在三個吊耳5上分別增設一個浮力箱降低整個裝置的水中重力，然后通 過R0V載體將裝置運送到指定懸跨發生地點。頭部臍帶可與母船臍帶纜連接，并接收由母 船提供的動力。
[0021] 液壓系統：支撐腿的張開角度范圍為0~60°，這個范圍的控制元件為側向伸縮 缸，每個支撐腿由兩個側向缸控制，這時對兩側向缸有同步性要求；支撐腿是主要的承力機 構，其上下伸縮缸對管道的提拉起到重要作用，并且每個缸對相應腿是單獨作用的，以適應 海床復雜地形；抓取機構控制是由抓取液壓缸實現，抓取機構本身具有自鎖功能，為保證抓 取的可靠性，可對抓取缸油路設計鎖緊回路；提拉缸的作用是上下移動抓取機構和導向機 構，并可對管道起到一定的提拉作用。灌漿袋投放部分有兩個液壓缸，一個控制灌漿臺高 度，一個控制灌漿臺桿部角度。綜上所述可對執行元件（液壓缸）分為五組：支撐腿上下伸 縮缸、支撐腿側向伸縮缸、抓取缸和微調提拉缸、灌漿臺控制缸。裝置的整個液壓系統被密 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側面有油 路接口通