一种铺管船的拉力测试系统和方法
【专利摘要】本发明公开了一种铺管船的拉力测试系统，包括：导向滑轮、工装钢索、三角板、牵引绞车钢索、通用管接头、张紧器、牵引绞车、管线，三角板通过牵引绞车钢索与牵引绞车连接,通用管接头与穿过张紧器的管线连接，牵引绞车钢索穿过通用管接头，导向滑轮与固定基座固定连接，工装钢索绕过导向滑轮分别与三角板和通用管接头连接，通用管接头包括拖拽眼板。本发明还公开了一种铺管船的拉力测试方法，本发明采用可拆卸转向滑轮装置代替传统的固定吊耳同时配备一个通过改装可以适用不同管径的通用牵引接头，大幅度减小了拉力测试系统所占用的空间，提高了效率，同时解决了导向滑轮位于船中侧与其它设备相冲突的问题。
【专利说明】一种铺管船的拉力测试系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及船舶技术工程领域，尤其涉及一种铺管船的铺管系统拉力测试系统和方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着世界对海洋石油的开发，对海洋石油海底输送管线铺设的需求增加很快，海底铺管船正好可以满足这一需要。铺管系统作为铺管船上的核心部分，主要由管线拖拽(牵引绞车，张紧器)和管线运输两部分组成；而管线拖拽部分的功能验证，正是验证铺管系统能力关键所在。如何高效顺利的完成管线拖拽系统的拉力测试，是铺管船建造方必须特别考虑的问题。
[0003]铺管系统在作业时，为了满足不同管径管子的铺设，在铺设管线管径有变化时，均需要独立做管线拖拽系统的拉力测试，现有的做法是两段工装钢索中每一工装钢索一端与分别与船侧的固定吊耳连接，另一端与三角板连接，所述三角板与悬挂式转向滑轮通过钢索连接，所述悬挂式转向滑轮与管线都放置于船中轴线附近，再通过牵引绞车钢索绕过转向滑轮连接管线和牵引绞车，这种吊耳通常是永久保留在船上的。随着铺管船铺管水深加深，铺管能力的增加，牵引绞车的拉力必然增大，根据结构强度的要求，固定式吊耳的结构尺寸越来越大，该吊耳占据大量空间，甚至有可能妨碍正常的铺管作业；同时悬挂式导向滑轮的外形尺寸也随之变大，且其所处位置也不方便通过管线下部的管线运输设备；而铺管船的设备众多，设备经常需要搬运转换位置，船上空间利用非常紧凑，每一个细小空间的节省和优化就可能带来铺管船作业效率的大幅提升，从而节省大量开支。国产导向滑轮在承受载荷大，外形尺寸小的要求下，很难满足要求，购买国外品牌，又增加了测试方的采购成本和周期，现有技术采用与铺设管子直径一致的牵引接头，需要经常更换接头，替代性不强，现有的拉力测试方法效率低，现有的拉力测试系统使的船上空间利用不合理，操作不方便。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决上述技术问题，提供了一种铺管船的拉力测试系统，解决了铺管系统拉力测试系统占用空间大，与其它设备冲突效率低的问题。
[0005]本发明提供了一种铺管船的拉力测试系统，包括:导向滑轮、工装钢索、三角板、牵引绞车钢索、通用管接头、张紧器、牵引绞车、管线，所述导向滑轮焊接在结构基座上，所述结构基座与船体固定连接，所述结构基座为工字钢等钢结构，所述通用管接头包括拖拽眼板。
[0006]所述三角板包括三个卸扣，所述三个卸扣其中两个的额定载荷相同。所述管线穿过所述张紧器。
[0007]三角板通过牵引绞车钢索与牵引绞车连接，通用管接头与穿过张紧器的管线连接，牵引绞车钢索穿过通用管接头，导向滑轮与固定基座固定连接，工装钢索绕过导向滑轮分别与三角板和通用管接头的拖拽眼板连接，
[0008]优选的，所述张紧器有多台，分别为I号张紧器、2号张紧器、3号张紧器、4号张紧
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[0009]所述通用管接头包括两块拖拽眼板，所述通用管接头的两块拖拽眼板成一定角度，优选为90°。
[0010]通用管接头采用适中的管径，优选为外径为32英寸。
[0011]优选的，所述一种铺管船的拉力测试系统，还包括储绳绞车、辅助牵引绞车。本发明还提供了一种铺管船的拉力测试方法，包括:
[0012]步骤S1:用牵引绞车钢索连接三角板和牵引绞车，工装钢索绕过导向滑轮分别与三角板和适用不同管径的通用管接头连接，通用管接头与穿过张紧器的管线连接达到初始状态；
[0013]步骤S2:打开张紧器，用牵引绞车拉动牵引绞车钢索，闭合张紧器，同时保持牵引绞车拉力不变进行动载荷拉力测试达到完成状态；
[0014]步骤S3:保持牵引绞车钢索上的拉力，启动张紧器传送带移动管线，进行张紧器回收管线传送测试回到初始状态。本发明的有益效果:
[0015]1.导向滑轮采用焊接形式与底座连接可以拆卸，可以多次使用，并且大幅度减少对导向滑轮的载荷要求。
[0016]2.采用通用管子连接头，一个接头(管径取铺设管线管径的中间值32英寸)通过改装可适用于多种管径，同时由原来的一个牵引接头和一个管子接头变为一个焊接有眼板的通用管接头，简化了零部件。
[0017]3.不用固定式吊耳，整套工装通用性强，导向滑轮位于船体边缘，不影响管线设备的搬运，测试结束后，拆卸导向滑轮可以节省船上的空间，方便操作。
[0018]4.省去悬挂式导向滚轮，避免了测试时与其他铺管设备冲突的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0020]图1:一种铺管船的拉力测试方法的流程图；
[0021]图2:步骤SI的测试方法的流程图；
[0022]图3:—种铺管船的拉力测试系统的结构示意图；
[0023]图4:一种铺管船的拉力测试方法的初始状态示意图；
[0024]图5:—种铺管船的拉力测试方法的完成状态示意图；
[0025]图6:通用管接头的俯视图；
[0026]图7:通用管接头的正视图。
[0027]I 一结构基座、2—导向滑轮、3—工装钢索、4 一三角板、5—牵引绞车钢索、6—通用管接头、7—卸扣孔、8—张紧器、9 一牵引绞车、10—管线、11 一拖拽眼板、12—储绳绞车、13—辅助牵引绞车。
【具体实施方式】
[0028]发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0029]本实施例中有四台张紧器，所述张紧器分别为I号张紧器、2号张紧器、3号张紧器、4号张紧器，所述三角板有一个500吨卸扣孔，两个250吨卸扣孔，牵引绞车的最大拉力为500吨，在其他实施方式中可以有其它数量的张紧器，编号方式也可以不同，如A张紧器、B张紧器、C张紧器等等，三角板的额定载荷也可以相应的变化。
[0030]如图1所示，本发明的一种铺管船的拉力测试方法，包括如下步骤:先进行准备工作达到初始状态，再进行静载荷拉力测试；进行动载荷拉力测试达到完成状态；进行张紧器回收管线传送测试回到初始状态。下面对上述步骤详细说明；
[0031]步骤S1:先进行准备工作，用牵引绞车钢索连接三角板和牵引绞车，工装钢索绕过导向滑轮分别与三角板和适用不同管径的通用管接头连接，通用管接头与穿过张紧器的管线连接达到初始状态；所述步骤SI如图2所示进一步包括以下步骤:
[0032]步骤Sll:将通用管接头与测试用管线焊接连接，所述管线穿过所述的四台张紧器8 ；
[0033]步骤S12:将牵引绞车钢索5穿过通用管接头6，如果测试管线10管径小于通用接头6管径时，牵引绞车钢索5从外部穿过，再连接到三角板的500吨朝向船首一侧的卸扣孔7上；
[0034]步骤S13:将两段工装钢索3分别绕过两侧的导向滑轮2，每段工装钢索分别连接在通用管接头6的卸扣孔7上和三角板上两个250吨卸扣孔7中的一个；本步骤中的三角板的两个卸扣孔7朝向船尾一侧。
[0035]如图4所示，步骤S11、步骤S12、步骤S13完成后准备工作结束达到初始状态，下一步进行静载荷拉力测试。
[0036]步骤S14:启动I号张紧器8，使之闭合，同时其他张紧器打开，将500吨牵引绞车的拉力增加到130吨，130吨为张紧器刹车能力拉力，持续预定时间，如15分钟，检验I号张紧器处管线10有无滑动位移；检验时可以直接在显示器上观看位移读数。本步骤中也可以先启动2号、3号、4号张紧器中任一台，如果其他实施方式中有多台张紧器，同理只需先启动其中任一台本步骤完成启动的该台张紧器的静载荷测试。
[0037]步骤S15:重复步骤S14，依次完成2，3，4号张紧器。如果步骤S14先启动2号张紧器，则在本步骤中依次完成1、3、4号张紧器的静载荷测试。本步骤S15是为了验证单台张紧器性能。
[0038]步骤S16:在牵引绞车输出拉力分别等于两台(260吨)/三台(390吨)/四台(四台时只输出500吨)张紧器8刹车能力拉力下，施加向船首方向的拉力，同时相应台数的张紧器8夹紧管线，每次测试状态持续预定时间，如15分钟，以整个管线10没有前后位移为达标。
[0039]上述步骤S14到S16为静载荷测试过程，是为了验证张紧器在管线之间的摩擦力与牵引绞车的拉力是否相匹配。
[0040]步骤S2:打开张紧器8，用牵引绞车9拉动牵引绞车钢索5，闭合张紧器8，
[0041]同时保持牵引绞车9拉力不变进行动载荷拉力测试达到完成状态；
[0042]步骤S2进一步包括以下步骤:所述牵引绞车9拉动所述牵引绞车钢索5，同时所有张紧器8打开，但仅限管线10通过张紧器，使整条管线10向船尾移动，在整条管线向船尾移动所设定长度，如一根管子长度(约12米)时，同时闭合四台张紧器8，同时保证牵引绞车9上的拉力不变，验证整个管线无前后滑动。
[0043]如图5所示，完成步骤S2后拉力系统达到完成状态。
[0044]步骤S3:保持牵引绞车钢索上的拉力，启动张紧器传送带移动管线进行张紧器回收管线传送测试回到初始状态。
[0045]在步骤S2结束后，启动四台张紧器的传送带，同时用牵引绞车9保持施加在牵引绞车钢索5上的最大拉力(500吨)，将整条管线向船首移动，当管子移动步骤S2所设定长度，如一根管子长度时，牵引绞车钢索同时释放，回到初始状态。本步骤S3是为了验证张紧器在动载荷下的性能。
[0046]完成上述步骤S1、步骤S2、步骤S3后就完成了全部铺管系统的拉力测试，在拉力测试完成后，将导向滑轮在通过气割方法与船体或者结构基座分开，分开后测试时导向滑轮所占的空间就可以被节省下来，存放更多的其它设备。以后再次进行拉力测试时可以再次焊接上导向滑轮，这样导向滑轮可以重复使用。
[0047]本实施例是基于500吨牵引绞车，张紧器适用管子直径4?60英寸的铺管船上管线拖拽系统，已通过两条交付的铺管船，实船拉力测试验证通过。
[0048]如图3、图6、图7所示，在本实施例中，还提供了一种铺管船的拉力测试系统，包括:导向滑轮2、工装钢索3、三角板4、牵引绞车钢索5、通用管接头6、张紧器8、牵引绞车9、管线10，所述导向滑轮2有两个分别焊接在结构基座I上，所述结构基座I与船体固定连接。
[0049]所述三角板4包括三个卸扣孔7，所述三个卸扣孔7其中两个的额定载荷相同。所述工装钢索3有两根，所述每根工装钢索绕过导向滑轮分别与三角板和通用管接头连接。
[0050]所述通用管接头6跟管线10焊接连接，所述三角板4通过牵引绞车钢索5与所述牵引绞车9连接。
[0051]优选的，所述张紧器8至少两台，所述张紧器8在甲板上依次排开。所述管线10穿过所述张紧器8。
[0052]如图6、图7所示，所述通用管接头包括管接体、肘板、拖拽眼板11，所述拖拽眼板11包括两块，所述两块拖拽眼板11焊接在管接体上，所述焊接处沿管线轴向的中心线为焊接线，所述焊接线所在的管接体的外表面为焊接面，所述拖拽眼板垂直于管接体焊接面，所述拖拽眼板包括卸扣孔7。
[0053]所述管接体为常规的海工、船舶用管线管接头结构，所述肘板位于管接体后端，与管线和肘板的焊接位置根据管径再做调整。
[0054]在使用时，优选为通用管接头接上管线后拖拽眼板11与甲板面的夹角为45°。将通用管接头的前端的两块拖拽眼板设计成一定角度，优选为90°，可以避免测试时与其他铺管设备冲突；通用管接头采用中间管径，优选为32英寸外径，可以方便匹配铺设不同管径时相应拉力测试的需要，使用时通用管接头的后端与管线焊接。优选的，所述一种铺管船的拉力测试系统，还包括储绳绞车12、辅助牵引绞车13，所述储绳绞车12方便收起和释放牵引绞车钢索，辅助牵引绞车13可以配合牵引绞车使用，也可以作为备用牵引绞车使用。
[0055]所述导向滑轮2焊接在结构基座I上，所述结构基座I与船体固定连接。
[0056]所述结构基座为钢结构与船体固定连接。
[0057]所述导向滑轮2为大于等于2的偶数个，分别焊接在船体两侧的结构基座I上，所述任一导向滑轮与船一侧的任一固定基座固定连接。
[0058]优选的，所述船体一侧的导向滑轮多于三个时，所述导向滑轮的轴心连线不全共线或者不共线；优选为相邻滑轮的轴心连线连接后，俯视时从船首到船尾方向看，该多段线向船中轴线弯曲。本技术方案有多个导向滑轮将拉力分摊，对导向滑轮的载荷要求更小，同时所述导向滑轮的轴心连线不全共线或者不共线，使得力的分配更合理，对每个导向滑轮的拉力分配更均衡。优选的，所述一种铺管船的拉力测试系统，还包括储绳绞车12、辅助牵引绞车14，牵引绞车钢索一端连接三角板另一端由储绳绞车12控制收放。
[0059]所述铺管绞车12采用单滚筒形式绞车。
[0060]所述储绳绞车12可以实现牵引刚索更好的收放，使得在实验时更加有效率；所述辅助牵引绞车13可以辅助所述牵引绞车9施加更大的拉力，同时也可以发生紧急情况的替换和保障安全。
[0061]所述张紧器8包括以下种类、螺旋夹紧和液压马达驱动式、螺旋夹紧和电动机驱动式、液压缸夹紧和电动机驱动式。
[0062]所述张紧器设有位移传感器，用来监测张紧器在甲板上的位移。所述位移传感器与PLC控制器连接，所述PLC控制器与显示器连接。位移情况直接在显示器上显示，更加准确可靠。在铺设过程中，管线承受较大的弯曲应力、且弯曲应力不断变化。为了使管线弯曲应力小于材料的屈服极限，确保管线不被破坏，用张紧器进行送管并使实时调整管线的张紧力，使管线的张力基本恒定不变，始终保持在允许的范围内。所述张紧器包括上压载器、下压载器，上压载器升降机构，PLC控制器、履带驱动机构、压载油缸、所述上压载器和下压载器都包括所述履带式夹紧板，履带传送带。
[0063]张紧器工作时，首先根据铺设管线的外径，利用上压载器升降机构将上压载器顶升到足够高，然后，将所铺设的管线安放至下压载器的履带式夹紧板上，再利用上压载器升降机构将上压载器放下，直至上压载器的履带式夹紧板与管线接触。上述步骤即为将管线穿过张紧器。
[0064]PLC控制器根据所需要的管线夹紧力设定压载油缸的推力，推力作用在履带式夹紧板上，从而夹紧管线，提供管线衡张力，使所铺设管线与船体保持相对静止状态，从而完成对管线的焊接等作业，这一步骤即为关闭张紧器。
[0065]PLC控制器控制压载油缸不对履带式夹紧板施加推力，为张紧器打开状态。
[0066]当需要移动管线时，PLC控制器会控制履带驱动机构运转，使得履带传送带带动管线移动。PLC控制器通过拉力检测部件可实时监测管线张紧力的变化，控制履带驱动单元，实现衡张力控制。
[0067]所述张紧器的各部件的连接关系和工作原理、方法已经公开，所述张紧器的其它的类型或者工作方式不影响本发明的技术方案的实施。
[0068]上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
【权利要求】
1.一种铺管船的拉力测试系统，包括:导向滑轮、工装钢索、三角板、牵引绞车钢索、通用管接头、张紧器、牵引绞车、管线，三角板通过牵引绞车钢索与牵引绞车连接，通用管接头与穿过张紧器的管线连接，牵引绞车钢索穿过通用管接头，其特征在于:导向滑轮与固定基座固定连接，工装钢索绕过导向滑轮分别与三角板和通用管接头连接，通用管接头包括拖拽眼板。
2.根据权利要求1所述的一种铺管船的拉力测试系统，其特征在于:导向滑轮为大于等于2的偶数个。
3.根据权利要求2所述的一种铺管船的拉力测试系统，其特征在于:任一导向滑轮与船一侧的任一固定基座固定连接，船体一侧的导向滑轮多于三个时，该侧导向滑轮的轴心连线不共线。
4.根据权利要求1所述的一种铺管船的拉力测试系统，其特征在于:通用管接头的拖拽眼板有两块，两块拖拽眼板之间夹角为90°。
5.根据权利要求1所述的一种铺管船的拉力测试系统，其特征在于:通用管接头管径外径为32英寸。
6.一种如权利要求1-5所述的铺管船的拉力测试系统的测试方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤S1:用牵引绞车钢索连接三角板和牵引绞车，工装钢索绕过导向滑轮分别与三角板和适用不同管径的通用管接头连接，通用管接头与穿过张紧器的管线连接达到初始状态； 步骤S2:打开张紧器，用牵引绞车拉动牵引绞车钢索，闭合张紧器，同时保持牵引绞车拉力不变进行动载荷拉力测试达到完成状态； 步骤S3:保持牵引绞车钢索上的拉力，启动张紧器传送带移动管线，进行张紧器回收管线传送测试回到初始状态。
7.根据权利要求6所述的一种铺管船的拉力测试方法，其特征在于:所述步骤SI进一步包括以下步骤: 步骤Sll:将通用管接头与测试用管线焊接连接，所述管线穿过所述张紧器； 步骤S12:将牵引绞车钢索穿过通用管接头，如果测试管线管径小于通用接头管径时，则牵引绞车钢索从通用管接头外部穿过，再连接到三角板的朝向船首一侧的卸扣孔上； 步骤S13:将工装钢索绕过船侧的导向滑轮，工装钢索的两端分别连接在通用管接头的卸扣孔上和三角板上朝向船尾一侧的卸扣孔上； 步骤S14:启动其中一台张紧器，使之闭合，同时其他张紧器打开，将牵引绞车的拉力增加到启动的张紧器刹车能力拉力，持续预定时间，检验该台张紧器处管线有无滑动位移，从而测试张紧器的静载荷； 步骤S15:重复步骤S14，依次完成各台张紧器的静载荷测试，验证单台张紧器性能； 步骤S16:在牵引绞车输出拉力分别等于多台张紧器刹车能力拉力下，施加向船首方向的拉力，同时相应台数的张紧器夹紧管线，每次测试状态持续预定时间，以整个管线没有前后位移为达标，验证张紧器在管线之间的摩擦力与牵引绞车的拉力相匹配。
8.根据权利要求6所述的一种铺管船的拉力测试方法，其特征在于:步骤S2进一步包括以下步骤: 通过牵引绞车来拉动牵引绞车钢索，同时所有张紧器打开，使整条管线向船尾移动，在整条管线向船尾移动所设定长度时，同时闭合多台张紧器，同时保证牵引绞车上的拉力不变，持续预定时间，验证整个管线无前后滑动。
9.根据权利要求6所述的一种铺管船的拉力测试方法，其特征在于:步骤S13进一步包括以下步骤: 启动所有张紧器的传送带，同时保持牵引绞车钢索上的最大拉力，将整条管线向船首移动，移动所设定长度时，牵引绞车钢索同时释放，回到初始状态。
【文档编号】B63B9/00GK104260826SQ201410491090
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】庄建军, 顾翔, 李葳蕤, 谢利强, 石松建, 严春峰 申请人:南通中远船务工程有限公司