三角形主支撑板三个侧面有油路接口通 过油管与液压缸连接，以控制各个液压缸工作。液压系统包括三角柱体油箱24以达到节省 空间的目的，油箱上布置有电机26和与之相连接的液压栗25。油箱侧面设有两个蓄能器23， 保证在脐带断开后补偿液压缸的压力损失或者为补偿悬跨变化改变主支撑腿的伸缩长度。 剩余部分安置各种控制阀22来控制每个液压缸按预期设定正常工作。
[0022]工作原理：用于处理海底管道悬跨的结构支撑装置的操作过程分为放置和姿态的 调整、定位夹紧、各个液压缸配合提拉管道、灌浆袋施放并灌浆、撤去辅助装置五个步骤。针 对海底海床地况复杂，为使支撑装置很好的就位，实现对悬跨管道的支撑，提出了下作业方 案：
[0023] 放置和姿态的调整:装置的支撑腿侧向伸缩缸4伸出，使支撑腿大角度打开;手爪 驱动缸17收缩，使手爪12大幅度张开，管道11顺畅进入手爪抓取范围内；抓取机构提拉缸收 缩使灌浆装置滑板18处于较高位置;灌浆袋机构液压缸19收缩，使灌浆台大幅度偏离装置 垂直于海床面的轴线以利于管道定位半环10和抓取机构定位夹紧管道的顺利进行;其由母 船上脐带缆下放，每个吊耳上分别放置一浮力箱减小整个装置在水中的重力，在水中的移 动通过R0V载体实现。
[0024] 定位夹紧:柔性管道定位半环10就位后，提拉缸8的液压杆伸长，可使柔性管道定 位半环10接触管道后压缩，以确保抓取机构能够包容悬跨管道11。然后手爪驱动缸17液压 杆伸长，两对手爪12闭合抓紧，到达手抓驱动缸17极限位置时，推杆15恰好与限位块9接触， 抓取机构到达自锁位置，并且控制手抓驱动缸的液压回路为锁紧回路，保证夹紧的长时间 有效。
[0025] 各个液压缸配合提拉管道:支撑腿侧向缸4回收，使支撑腿下部防沉板1与海床接 触，根据各个腿的支撑状况，可驱动侧向缸4和腿部主伸缩缸2进行调节。在对悬跨管道11进 行向上提升的过程中，各个腿部主伸缩缸2与海床作用力不同，就意味着三个支撑腿必须要 单独的控制，而且，侧向缸要与其相配的上下缸一起动作以实现装置的多角度和多高度变 化，以达到比较好的支撑效果。
[0026] 灌浆袋施放并灌浆：当提取管道至预定高度时悬跨被消除，此时灌浆袋机构液压 缸19杆部伸长到极限位置，使灌浆台底面平行于海床面。然后灌浆装置滑板18向下移动带 动灌浆台与海床面贴合紧密，再通过管道向灌浆袋内打入浆液至一定高度后起到支撑管道 的作用。通过以上双重作用大大避免长时间内了悬跨的产生。而且头部液压系统中设有两 个蓄能器，保证液压系统内压力恒定，避免结构支撑失效。
[0027] 撤去辅助装置:支撑稳定后，人工辅助断开母船与支撑装置之间的防水电缆接头， 并在支撑装置端电缆接头连接一个浮标记录地理位置。这样做的原因是装置的自重和管道 施加给装置向下的力使装置下沉，虽然有灌浆带的支撑，但是长时间的沉积积累使作用在 管道上的力越来越大，轻者会使输油管道产生一定程度的挠曲，重者甚至会压垮输油管道， 后果不堪设想。标记电缆接头的目的就是为了便于实现后续母船与支撑装置的再次对接， 通过再次微调各个液压缸的伸长或者缩短弥补防沉板下沉高度差，消除海底管道悬跨;灌 浆袋注入浆液的管道应该扎结紧密，防止浆液泄漏；与吊耳5连接的浮力箱不得撤去，避免 撤去后装置重力剧增压垮输油管道。
[0028] 本实用新型是根据我国海底油气输送管线悬跨治理的实际需要，并结合我国海洋 地质与水动力条件做出的，满足如下设计要求：
[0029] 1)装置最大作业水深60m，具有一定自动化能力，易于安装和实施；
[0030] 2)装置具有处理不小于2m悬跨高度的能力；
[0031] 3)装置能够治理不同尺寸规格管道的悬跨问题。
[0032]本实用新型用于处理海底管道悬跨的结构支撑装置主要应用于管道直径 φ 280~52〇mm,水深< 60m、管道悬跨高度1.2~2.4m、管道悬跨跨度< 30m，提升管道的重 量最大45KN的消除海底管道悬跨的作业。主支撑腿液压缸内壁直径D= 140mm、液压杆直径d = 86mm，额定压力16MPa。对于此设计的实施例中所抓取的钢管粧直径φ 500mm，悬跨长度 25m，悬跨高度2m。水深为45m的近海水域。如图1~图5所示，结构支撑装置的设计参数为:规 格(长X宽X高）：2100X2100X3100mm;重量：1200kg;防沉板1直径：φ 1545mm;腿部主伸 缩缸2规格：φ 140mm，行程1100mm，额定压力：16Mpa;侧向伸缩缸铰接环3:内圈φ 210_， 外圈250mm;支撑腿侧向伸缩缸4规格：φ 80mm，行程630mm，额定压力：16Mpa;吊耳5螺纹规 格M50 X 80;头部液压系统箱6油箱容积60L;主支撑板7钢板壁厚20cm;抓取机构提拉缸8规 格：φ 100mm，行程320mm，额定压力：16Mpa;限位块9尺寸60 X 25 X 30mm;管道定位半环10 半径R360mm;待抓取管道11外壁直径500mm;手爪12板厚20mm;抓取机构框架13板厚20mm;抓 取机构连杆14长250mm;抓取机构推杆15两个铰接孔距离120mm;抓取液压缸-爪连接件16厚 度40mm，两中心孔距离135mm;手爪驱动缸17规格φ 40mm，、行程320mm;灌楽:装置滑板18壁厚 10mm;灌衆袋机构液压缸19规格(p 2.0mm，行程160mm;灌衆平台连杆20长1380mm;灌衆袋储 放盒21尺寸1500 XI100 X 100mm，钢板厚度2mm。
[0033] 一种用于处理海底管道悬跨的结构支撑装置是一种可以在水下通过一定程度上 的人工辅助完成的支撑海底管道消除悬跨的结构支撑装置。它可以处理的海底管道悬跨高 度在1.2~2.4m范围内，并且为避免支撑装置陷入海床的深度过大，该装置一般适用于质地 较硬的海床环境。结构支撑装置采用液压传动控制方式，可以通过脐带在船上控制装置的 整体高度和支撑腿的张开角度，并可在定位后准确抓取夹紧管道，然后通过抓取机构的提 拉缸提取管道至指定高度。它具有施工过程简单无需停产，工期短，适应悬跨高度变化性强 等优点。属于海洋装备技术领域。
【主权项】
1. 一种用于处理海底管道悬跨的结构支撑装置，其特征是:三角形主支撑板上端设置 有头部液压系统箱，三角形主支撑板的三个角分别铰接有腿部主伸缩缸，每个腿部主伸缩 缸的输出端铰接有防沉板，三角形支撑板的下端还铰接安装有三套支撑腿侧向伸缩缸，且 每套支撑腿侧向伸缩缸的输出端通过侧向伸缩缸铰接环与对应的腿部主伸缩缸的缸套连 接，所述三角形主支撑板的下端中心位置安装有抓取机构提拉缸，所述抓取机构提拉缸是 二级液压缸，且所述抓取机构提拉缸的一级输出端与抓取机构框架固连，所述抓取机构框 架内设置有可移动的灌浆滑板，灌浆滑板的上端与抓取机构提拉缸的二级输出端固定连 接，灌浆滑板的端部铰接安装有灌浆袋机构液压缸，灌浆袋机构液压缸的输出端与灌浆平 台连杆铰接，灌浆平台连杆的上端与灌浆滑板的下端铰接，灌浆平台连杆的下端固连有灌 浆袋储放盒，所述灌浆滑板的下端的中心位置还设置有管道定位半环，所述抓取机构框架 的上方对称设置有两个手爪驱动缸，每个手爪驱动缸的输出端固连有连接件，连接件的端 部固连有抓取机构推杆，抓取机构推杆的端部对称固连有两个抓取机构连杆，每个抓取机 构连杆的端部铰接有手爪，且每个手爪的中间位置通过销轴与抓取机构框架连接，所述抓 取机构框架的两个侧面上均设置有限制抓取机构推杆极限位置的限位块。2. 根据权利要求1所述的一种用于处理海底管道悬跨的结构支撑装置，其特征是:所述 液压系统箱包括箱体、安装在箱体内的三角柱体油箱、三角柱体油箱上的液压栗和电机、安 装在三角柱体油箱侧面的两个蓄能器以及安装在箱体内分别用于控制每个腿部主伸缩缸、 每套支撑腿侧向伸缩缸、抓取机构提拉缸、灌浆袋机构液压缸和手爪驱动缸的控制阀，所述 电机的输出端与液压栗连接，液压栗的输出端与三角柱体油箱连接，每个腿部主伸缩缸、每 套支撑腿侧向伸缩缸、抓取机构提拉缸、灌浆袋机构液压缸和手爪驱动缸分别通过管路依 次和对应的控制阀以及三角柱体油箱连接。3. 根据权利要求1或2所述的一种用于处理海底管道悬跨的结构支撑装置，其特征是： 所述三角形主支撑板上还设置有三个吊耳。4. 根据权利要求1或2所述的一种用于处理海底管道悬跨的结构支撑装置，其特征是： 所述管道定位半环是柔性管道定位半环。5. 根据权利要求3所述的一种用于处理海底管道悬跨的结构支撑装置，其特征是:所述 管道定位半环是柔性管道定位半环。
【专利摘要】本实用新型提供一种用于处理海底管道悬跨的结构支撑装置，包括头部液压系统、主支撑板、腿部主伸缩缸、防沉板、支撑腿侧向伸缩缸、抓取机构、抓取驱动缸、定位杆、提拉缸、输油管道、吊耳等，主伸缩缸和侧向伸缩缸配合实现整体结构支撑装置的升降和角度调整，抓取机构升降由提拉缸控制，抓取管道前由定位环确定管道与抓取机构的距离，抓取驱动缸控制手抓的张开与闭合，当手爪连杆与挡块接触时管道被夹紧并实现自锁，保证夹紧的可靠性。本实用新型可以适应较多的海底地貌状况，结构支撑法具有一定的自动化能力，具有施工过程简单无需停产，工期短，适应悬跨高度变化性强等优点。
【IPC分类】F16L3/10, F16L1/20
【公开号】CN205207900
【申请号】CN201520896235
【发明人】王茁, 蔡明智, 王涛, 张波, 黄新禹, 李宁, 单雪, 傅质彬, 王大欢, 谢敏燕, 李文琦
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年11月11日