一种用于托管架的可调节长度的连杆和托管架的制作方法

本发明为一种用于托管架的可调节长度的连杆，涉及海洋工程领域中的托管架。

背景技术：

在海洋工程领域中，水下油气开发过程中，需大量海底管道管线，托管架作为铺设海底管道的重要装备，广泛应用于海底管道的铺设。海底管道铺设是海底管道工程建设中的一个重要工况，铺设时海底管道的应力通常是管道设计过程中的控制参数之一。托管架的作用是在海底管道在下放到海床之前，使管道保持一定的曲率和形态，以保证其不会变形过大而折断，并保证其疲劳损伤在比较小的范围之内，降低海底管道受到的应力能够显著提高海底管道的疲劳寿命。在海底管道铺设过程中，能够通过托管架来为管道提供支撑作用，并使管道以合适的曲率入水，所谓合适曲率即为海底管道受应力较小的曲率，以实现铺设时管道变形合理从而保证管道的安全。

在海底管道铺设过程中，托管架一般包括多个托管架分段，改变每两段托管架分段之间的相对角度，从而可以改变整个托管架的弯曲半径。常规方法中采用更换托管架之间的固定连杆，通过改变固定连杆的长度来调整托管架之间的相对角度，这通常需要大型浮吊来完成固定连杆的拆卸和安装，同时还需要人工协同操作配合，危险系数高且环境要求多。

目前，现有的连杆为：销轴连接方式，即：先将托管架与连杆连接的接头做成销轴孔，再设计不同长度的连杆，并设计出连杆与托管架接头匹配的销轴孔，在作业中通过销轴和连杆将多段托管架连接。对于不同曲率的铺设工况，常常需要选择多个不同长度的连杆，以便托管架曲率与铺设工况相匹配，这样一来，不仅增加了许多工作量，降低了工作效率；而且，由于现有的连杆长度都是固定的，不能连续地调节连杆长度，这使得托管架设备不具备曲率连续调节功能。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是现提供一种用于托管架的可调节长度的连杆。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于托管架的可调节长度的连杆，所述连杆包括同轴线设置的第一杆件和第二杆件，所述第一杆件套设在所述第二杆件外并与所述第二杆件滑动连接，在所述第二杆件上还穿设有一个套筒，所述套筒第一端与第二杆件活动连接，所述套筒在第二端的内壁绕第一弧度设有第一齿纹，所述第一杆件外壁绕第二弧度具有与所述第一齿纹相配合的第二齿纹，所述套筒绕第二杆件转动时，所述第一齿纹与所述第二齿纹相咬合或相分离。

进一步地，所述第一弧度小于π。

进一步地，所述第二杆件在与所述套筒的连接位置设有环形突起卡板，所述套筒在与所述第二杆件的连接位置设有与所述卡板配合的环形卡槽。

进一步地，所述套筒绕所述第一端外表面设置有第三齿纹。

进一步地，所述连杆为液压连杆。

具体地，水下液压系统为液压连杆长度变换和所述套筒的旋转提供动力，位于所述第一端上的传动装置与水下液压系统电连接，所述传动装置上的第四齿纹与所述第三齿纹啮合。

本发明还提供一种托管架，包括若干个铰接连接的托管架分段和连接两个托管架分段的连杆，所述连杆为所述权利要求1~5中的任意一项所述的连杆，所述连杆的两端分别与两个托管架分段铰接。

进一步地，还包括一个控制系统，所述套筒和所述连杆与所述控制系统电连接，所述控制系统控制所述连杆伸缩滑动，所述控制系统控制所述套筒转动。

进一步地，还包括应力传感器，所述应力传感器设置在海底管道表面且与所述控制系统电连接，所述应力传感器用于收集海底管道的应力数据并实时传回所述控制系统。

进一步地，还包括位移传感器，所述位移传感器与所述控制系统电连接且设置在所述第一杆件上，用于测量所述连杆的长度的变化。

本发明的技术效果在于：1、本发明的一种用于托管架的可调节长度的连杆，包括同轴线设置的第一杆件和第二杆件，所述第一杆件套设在所述第二杆件外并与所述第二杆件滑动连接，在所述第二杆件上还穿设有一个套筒，所述套筒第一端与第二杆件活动连接，所述套筒在第二端的内壁绕第一弧度设有第一齿纹，所述第一杆件外壁绕第二弧度具有与所述第一齿纹相配合的第二齿纹，所述套筒绕第二杆件转动时，所述第一齿纹与所述第二齿纹相咬合或相分离，套筒与所述第一杆件锁紧或松开，当套筒和第一杆件处于松开状态时，第一杆件和第二杆件能够相对轴向滑动调节连杆的长度，当套筒与第一杆件锁紧时，连杆的长度固定，本发明中能够便捷调节连杆的长度以适应托管架不同的现实需要。

2、本发明的一种托管架包括若干个托管架分段和用于连接两个托管架分段的连杆，所述连杆为本发明的可调节长度的连杆，托管架的曲率调节通常是通过改变各个托管架分段之间的夹角大小来实现，相比较于传统的更换连杆的方法调节托管架分段之间的夹角进而调节托管架曲率，本发明中的连杆能够连续调节连杆的长度进而改变托管架曲率，从而使海底管道以合适的曲率入水，降低海底管道受到的应力同时保证了海底管道入水时的安全性。

3、本发明的托管架还包括一个控制系统，所述控制系统控制所述第二杆件滑动和所述套筒转动，实现通过远程控制的方式调整托管架曲率，节省了人力，提高了海底管道铺设过程的安全性。

附图说明

图1是本发明的托管架的结构示意图；

图2是本发明的用于托管架的可调节长度的连杆的结构示意图之一；

图3是本发明的用于托管架的可调节长度的连杆的结构示意图之二；

图4是本发明的托管架在托管架分段连接处的放大结构示意图；

图5为本发明的用于托管架的可调节长度的连杆与传动装置的结构示意图；

图6为图5中沿a-a剖面的结构示意图。

图中主要标号说明：

1-连杆、2-套筒、3-第一弧度、4-第二弧度、5-卡板、6-卡槽、7-铰接点、8-夹角、9-海底管道、10-安装船、11-第一杆件、12-第二杆件、13-托管架、14-传动装置、131-第一分段、132-第二分段、133-第三分段、134-第四分段、21-第一端、22-第二端、31-第一齿纹、32-第三齿纹、41-第二齿纹、42-第四齿纹。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

图1是本发明的托管架的结构示意图，图2是本发明的用于托管架的可调节长度的连杆的结构示意图之一，图3是本发明的用于托管架的可调节长度的连杆的结构示意图之二，图4是本发明的托管架在托管架分段连接处的放大结构示意图。如图2所示，一种用于托管架的可调节长度的连杆1，包括同轴线设置的第一杆件11和第二杆件12，第一杆件11套设在第二杆件12外并与第二杆件12滑动连接，还包括一个穿设在第二杆件12上的套筒2，套筒2的第一端21与第二杆件12活动连接，套筒2在第二端22的内壁绕第一弧度3设有第一齿纹31，第一杆件11外壁绕第二弧度4具有与第一齿纹31相配合的第二齿纹41，套筒2绕第二杆件12转动时，第一齿纹31与第二齿纹41相咬合或相分离，套筒2与第一杆件11锁紧或松开。具体地，当第一齿纹31与第二齿纹41相分离时，套筒2和第一杆件11处于松开状态，第一杆件11和第二杆件12能够相对轴向滑动调节连杆1的长度，且此时第二连杆12运动带动套筒2做同步运动，套筒2的第二端22沿第一杆件11外壁滑动；当第一齿纹31与第二齿纹41咬合时，套筒2与第一杆件11锁紧，连杆1的总长度固定。第一弧度小于π。

本发明的一个较佳实施例中，第二杆件12在与套筒2的连接位置设有环形突起卡板5，套筒2在第一端21设有环形卡槽6，卡板5卡在卡槽6内，则套管2与第二杆件12相连接，并且套管2可以绕第二杆件12转动。

参见图1和图4，本发明的一种托管架13，包括若干个铰接连接的托管架分段和用于连接两个托管架分段的连杆1，连杆1为权利要求1~5中的任意一项所述的连杆，连杆1的两端分别与两个托管架分段铰接。如图1所示，托管架13设在安装船10上，包括四个托管架分段，分别为第一分段131，第二分段132，第三分段133和第四分段134，每两个分段铰接连接，且两个托管架分段之间还连接有连杆1，海底管道9架设在托管架13上。

如图4所示，托管架第一分段131和托管架第二分段132在铰接点7处铰接，托管架13的曲率调节通常是通过改变各个托管架分段之间的夹角8大小来实现，相比较于传统的更换不同长度的连杆1的来调节托管架分段之间的夹角8进而调节托管架13曲率，本发明中的可调节长度的连杆1能够连续调节连杆1的长度进而改变托管架13曲率，连杆1的长度改变则第一分段131和第二分段132的夹角8发生改变。

当需要增大托管架13的曲率时，即需要增大夹角8，伸长连杆1，此时将套筒2旋转到第一齿纹31和第二齿纹41相分离的状态，再将第一杆件11向背离第二杆件12的方向滑动，当曲率达到目标值后，将套筒2旋转到第一齿纹31和第二齿纹41相咬合的状态，锁紧连杆1。当需要减小托管架13的曲率时，即需要减小夹角8，缩短连杆1，此时将套筒2旋转到第一齿纹31和第二齿纹41相分离的状态，再将第一杆件11向靠近第二杆件12的方向滑动，当曲率达到目标值后，将套筒2旋转到第一齿纹31和第二齿纹41相咬合的状态，锁紧连杆1。

图5为本发明的用于托管架的可调节长度的连杆与传动装置的结构示意图，图6为图5中沿a-a剖面的结构示意图。本发明的另外一个较佳实施例中，连杆1为液压连杆，套筒2在第一端21处与传动装置14相连，水下液压系统为液压连杆长度变换和套筒2的旋转提供动力。

如图5和图6所示，套筒2的第一端21外表面设置有第三齿纹32，第三齿纹32与传动装置14内的第四齿纹42啮合，第四齿纹42在垂直于套筒2的方向上往复运动，进而带动套筒2绕第二杆件12旋转。

本发明的一个较佳实施例中，包括一个控制系统，控制系统电连接有位移传感器和应力传感器，位移传感器设置在第一杆件11上，用于测量连杆1的长度的变化，在海底管道9的表面设置有多个应力传感器，用于收集海底管道9的应力数据，控制系统接收并存储应力传感器传输回的海底管道9的应力数据后，将海底管道9实时应力数据与海底管道9出厂设定的安全应力限定值以及海底管道9的前期铺设设计报告中的应力曲率对应关系进行比较后得到应调整的曲率大小，并根据曲率值向水下液压系统发送液压连杆1长度改变命令和套筒2旋转命令。本实施例中，能够根据海底管道9的受力情况，通过调节托管架分段之间的连杆1的长度来调节托管架13的曲率，改变海底管道9入水的角度和弯曲程度，降低海底管道9在铺设过程中受到的应力，进而提高海底管道9的疲劳寿命。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。