一种深水立管浮力装置抱夹机构的制作方法

本实用新型涉及一种深水立管浮力装置抱夹机构，属于海洋平台建造领域。

背景技术：

随着经济和技术的发展，人类对资源的需求不断增加，由于海洋资源丰富，海洋资源的开发已经成为了重要发展方向，而海洋油气开发又是当今海洋开发工程的主要内容之一。因此，海洋石油平台成为了当今海洋油气开发设备中的主要设备。

20世纪80年代，人们发现张力腿平台具有结构简单、具有顺应性、工程造价低，同时还具有良好的稳定性和安全性，因此深受人们的欢迎，很多国家开始研究设计张力腿平台，因此得到了飞速的发展。张力腿平台之所以能够受到关注，是因为张力腿平台具有抗恶劣环境能力强、运动性能良好、工程造价低等诸多优点。张力腿平台目前是一种热门的海洋平台，在未来一段时间里也将会是海洋平台的主要结构形式。

为了海洋深水作业的需求，我国正在加大对深水平台的研究，但目前国内自主研发的平台中并没有张力腿平台，也没有研发立管浮力装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了提供一种深水立管浮力装置抱夹机构，属于张力腿平台立管浮力装置与立管连接的抱夹机构，使立管浮力装置可以快速并有效的与立管进行连接。

本实用新型的目的是这样实现的：包括截面是U型的夹具框架、后活动夹具、前活动上夹具、前活动下夹具、前活动下夹具右锁紧机构、前活动下夹具左锁紧机构、后活动夹具锁紧机构和前活动上夹具锁紧机构，所述夹具框架上端设置有U型载荷导轨、前端设置有一对抱夹机构固定板，夹具框架内表面设置有与立管接触的夹具框架立管受力面，夹具框架前端面对称设置有一对前活动下夹具锁紧楔形块滑槽，夹具框架前端的两侧设置有前活动下夹具右锁紧机构安装孔和前活动下夹具左锁紧机构安装孔；所述后活动夹具上设置有一个后活动夹具安装轴孔、并通过后活动夹具销轴安装到夹具框架所设置的后活动夹具安装轴孔中，后活动夹具内表面是与立管接触的后活动夹具立管受力面，所述前活动上夹具上设置有一个前活动上夹具安装轴孔，所述前活动下夹具上设置有一个前活动下夹具安装轴孔，所述前活动下夹具与前活动上夹具共用一个前活动夹具安装销轴并通过前活动夹具安装销轴安装到夹具框架所设置的前活动夹具安装轴孔中，且前活动下夹具位于前活动上夹具的下方，前活动上夹具的内表面、前活动下夹具的内表面分别是与立管接触的前活动上夹具立管受力面、前活动下夹具立管受力面。

本实用新型还具有以下特征：

1.前活动下夹具右锁紧机构、前活动下夹具左锁紧机构、后活动夹具锁紧机构和前活动上夹具锁紧机构均包括锁紧套管、设置在锁紧套管内的推杆、设置推杆一端的锁紧楔形块、设置在推杆另一端的锁紧手柄，所述锁紧套管的一端是螺纹端、另一端是连接端，所述推杆是阶梯状，所述锁紧手柄内设置有与推杆阶梯面配合的推杆支撑面，且所述锁紧手柄内设置有与所述螺纹端配合的锁紧螺纹，且在前活动下夹具右锁紧机构、前活动下夹具左锁紧机构的锁紧手柄的端部分别设置有前活动下夹具解锁ROV操作手柄，所述前活动下夹具右锁紧机构的锁紧套管的连接端焊接在前活动下夹具右锁紧机构安装孔中，前活动下夹具右锁紧机构的锁紧楔形块在一个前活动下夹具锁紧楔形块滑槽中滑动，所述前活动下夹具左锁紧机构的锁紧套管的连接端焊接在前活动下夹具左锁紧机构安装孔中，前活动下夹具左锁紧机构的锁紧楔形块在另一个前活动下夹具锁紧楔形块滑槽中滑动，所述后活动夹具的锁紧套管的连接端焊接在后活动夹具锁紧机构安装孔中，后活动夹具的锁紧楔形块在夹具框架的后下支撑面上移动，后活动夹具锁紧机构安装孔设置在夹具框架的后端，所述前活动上夹具锁紧机构的锁紧套管的连接端焊接在前活动上夹具锁紧机构安装孔中，前活动上夹具锁紧机构安装孔设置在前活动下夹具上，前活动上夹具锁紧机构的锁紧楔形块在前活动下夹具的上表面上移动。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的抱夹机构通过夹具框架上的U型载荷导轨将抱夹机构连接到立管浮力装置上，并利用螺栓将抱夹机构固定板与立管浮力装置进行固定，防止抱夹机构的脱落；所述抱夹机构通过夹具框架立管受力面、后活动夹具立管受力面、前活动上夹具立管受力面和前活动下夹具立管受力面抱住立管受力环，从而实现将TLP平台立管与立管浮力装置进行连接的目的，并通过锁紧机构锁紧所有活动夹具，保证连接的可靠性。

本实用新型的抱夹机构与立管浮力装置连接方便、可靠且受力均匀，抱夹机构与立管连接因夹具独特的抱夹方式与夹具的自锁性具有海上连接方便、易于实施、安全可靠、承载能力强等特点，对我国张力腿平台安装设备的研究有着重大意义。

附图说明

图1为抱夹机构开启时结构示意图；

图2为前活动下夹具锁紧时结构示意图

图3为抱夹机构闭合锁紧时结构示意图；

图4为抱夹机构闭合锁紧时主视图；

图5为抱夹机构闭合锁紧时A-A剖视图；

图6为抱夹机构闭合锁紧时B-B剖视图；

图7为抱夹机构抱夹立管时结构剖视图；

图8为夹具框架顶部视图结构示意图；

图9为夹具框架底部视图结构示意图；

图10为前活动下夹具右锁紧机构结构示意图；

图11为前活动下夹具左锁紧机构结构示意图；

图12为后活动夹具锁紧机构结构示意图；

图13为前活动上夹具锁紧机构结构示意图；

图14为后活动夹具结构示意图；

图15为前活动上夹具结构示意图；

图16为前活动下夹具结构示意图；

图17为前活动下夹具锁紧手柄结构剖视图；

图18为前活动下夹具锁紧手柄锁紧时的剖视图；

图中：1夹具框架，11U型载荷导轨，12抱夹机构固定板，13前活动下夹具锁紧楔形块滑槽，14夹具框架立管受力面，15前活动夹具安装轴孔，16前活动下夹具右锁紧机构安装孔，17夹具框架前下支撑面，18夹具框架上支撑面，19夹具框架后活动夹具安装轴孔，110后活动夹具锁紧机构安装孔，111前活动下夹具左锁紧机构安装孔，112夹具框架后下支撑面，2后活动夹具，21后活动夹具立管受力面，22后活动夹具楔形块受力面，23后活动夹具下表面，24后活动夹具安装轴孔，25后活动夹具上表面，3前活动上夹具，31前活动上夹具立管受力面，32前活动上夹具下表面，33前活动上夹具楔形块受力面，34前活动上夹具安装轴孔，35前活动上夹具上表面，4前活动下夹具，41前活动下夹具立管受力面，42前活动下夹具上表面，43前活动下夹具左楔形块受力面，44前活动下夹具右楔形块受力面，45前活动上夹具锁紧机构安装孔，46前活动下夹具楔形块支持面，47前活动下夹具安装轴孔，5前活动下夹具右锁紧机构，51前活动下夹具锁紧手柄，511手柄锁紧螺纹，512手柄推杆支撑面，513手柄扶手，514手柄垫片支撑面，52前活动下夹具锁紧右推杆，521前活动下夹具锁紧右推杆轴肩，53前活动下夹具锁紧右套管，531前活动下夹具锁紧右套管焊接端，532前活动下夹具锁紧右套管螺纹端，54前活动下夹具锁紧楔形块，541前活动下夹具锁紧楔形块楔形面，55前活动下夹具锁紧手柄限位螺母，56前活动下夹具解锁ROV操作手柄，57垫片，6前活动下夹具左锁紧机构，62前活动下夹具锁紧左推杆，63前活动下夹具锁紧左套管，631前活动下夹具锁紧左套管焊接端，632前活动下夹具锁紧左套管螺纹端，7后活动夹具锁紧机构，71上活动夹具锁紧手柄，72后活动夹具锁紧推杆，73后活动夹具锁紧套管，731后活动夹具锁紧套管焊接端，732后活动夹具锁紧套管螺纹端，74上活动夹具锁紧楔形块，741上活动夹具锁紧楔形块楔形面，75上活动夹具锁紧手柄限位螺母，8前活动上夹具锁紧机构，82前活动上夹具锁紧推杆，83前活动上夹具锁紧套管，831前活动上夹具锁紧套管焊接端，832前活动上夹具锁紧套管螺纹端，9前活动夹具销轴，10后活动夹具销轴。120立管。121立管受力环。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

如图1至5所示，本实用新型提供一种能够将张力腿平台立管浮力装置与立管进行连接的抱夹机构，使立管浮力装置可以快速并有效的与立管进行连接，拆卸时在水下通过ROV即可完成拆卸操作。该抱夹机构包括夹具框架1、后活动夹具2、前活动上夹具3、前活动下夹具4、前活动下夹具右锁紧机构5、前活动下夹具左锁紧机构6、后活动夹具锁紧机构7和前活动上夹具锁紧机构。

抱夹机构将夹具框架上的U型载荷导轨11插入到立管浮力装置的U型载荷导轨接收曹上进行连接，并利用螺栓将抱夹机构固定板12与立管浮力装置进行固定，抱夹机构通过夹具框架立管受力面14、后活动夹具立管受力面21、前活动上夹具立管受力面31和前活动下夹具立管受力面41抱住立管受力环121，完成抱夹机构与立管的连接，并通过前活动下夹具右锁紧机构5上的前活动下夹具锁紧楔形块54和前活动下夹具右锁紧机构6上的前活动下夹具锁紧楔形块54锁紧前活动下夹具4，通过后活动夹具锁紧机构7上的上活动夹具锁紧楔形块74锁紧后活动夹具2，通过前活动上夹具锁紧机构8上的上活动夹具锁紧楔形块74锁紧前活动上夹具3，从而使抱夹机构与立管的连接稳定可靠。

其中后活动夹具2上有一个后活动夹具安装轴孔24，通过后活动夹具销轴10安装到夹具框架1的后活动夹具安装轴孔19上，后活动上夹具2可以绕后活动夹具销轴10转动，沿轴向只能有小的移动。

前活动上夹具3上有一个前活动上夹具安装轴孔34，通过前活动夹具销轴9安装到夹具框架1的前活动夹具安装轴孔15上，其中前活动上夹具3可以绕前活动夹具销轴9转动，沿轴向只能有小的移动。

前活动下夹具4上有一个前活动下夹具安装轴孔47，通过前活动夹具销轴9安装到夹具框架1的前活动夹具安装轴孔15上，前活动下夹具4可以绕前活动夹具销轴9转动，前活动下夹具4与前活动上夹具3共用一个前活动夹具安装销轴9，前活动下夹具4在前活动上夹具3的下方。

前活动下夹具右锁紧机构5包括前活动下夹具锁紧手柄51、前活动下夹具锁紧右推杆52、前活动下夹具锁紧右套管53、前活动下夹具锁紧楔形块54、前活动下夹具锁紧手柄限位螺母55和前活动下夹具解锁ROV操作手柄56，其中前活动下夹具锁紧右套管53靠近前活动下夹具锁紧楔形块54一端为套管焊接端531，另一端为前活动下夹具锁紧右套管螺纹端532。

前活动下夹具锁紧右推杆52一端通过螺纹连接或焊接的方式连接前活动下夹具锁紧楔形块54，前活动下夹具锁紧右推杆52另一端为阶梯轴，阶梯轴处连接前活动下夹具锁紧手柄51，前活动下夹具锁紧手柄51可以绕前活动下夹具锁紧右推杆52自由转动但轴向只能移动一定距离，前活动下夹具锁紧右推杆52的阶梯轴处末端固定连接前活动下夹具解锁ROV操作手柄56，前活动下夹具锁紧右推杆52在前活动下夹具锁紧右套管53中轴向自由移动，当前活动下夹具锁紧手柄51靠近前活动下夹具锁紧右套管53时手柄锁紧螺纹511可以拧进前活动下夹具锁紧右套管螺纹端532。

前活动下夹具左锁紧机构6与所述的前活动下夹具右锁紧机构5结构相同，只是在套管和推杆的尺寸上有些不同。

后活动夹具锁紧机构7与所述的前活动下夹具右锁紧机构5结构形式相同，不同的是后活动夹具锁紧机构7与前活动下夹具右锁紧机构5相比去除了ROV操作手柄，夹具锁紧楔形块形状有所改变。

前活动上夹具锁紧机构8与所述的后活动夹具锁紧机构7结构相同，只是在套管和推杆的尺寸上有些不同。

前活动下夹具锁紧右套管53的前活动下夹具锁紧右套管焊接端531焊接到前活动下夹具右锁紧机构安装孔16上，前活动下夹具锁紧右推杆52穿过前活动下夹具右锁紧机构安装孔16在其内部自由移动，前活动下夹具锁紧楔形块54在前活动下夹具锁紧楔形块滑槽13中滑动，前活动下夹具锁紧手柄51在夹具框架1的外部。

前活动下夹具锁紧左套管63的前活动下夹具锁紧左套管焊接端631焊接到前活动下夹具左锁紧机构安装孔111上，前活动下夹具锁紧右推杆52穿过前活动下夹具右锁紧机构安装孔16在其内部自由移动，前活动下夹具左锁紧机构6中的前活动下夹具锁紧楔形块54在前活动下夹具锁紧楔形块滑槽13中滑动，前活动下夹具锁紧手柄51在夹具框架1的外部。

后活动夹具锁紧套管73上的后活动夹具锁紧套管焊接端731焊接到后活动夹具锁紧机构安装孔110上，后活动夹具锁紧推杆72穿过后活动夹具锁紧机构安装孔110在其内部自由移动，上活动夹具锁紧楔形块74在夹具框架后下支撑面112上移动，上活动夹具锁紧手柄71在夹具框架1的外部。

前活动上夹具锁紧套管831上的前活动上夹具锁紧套管焊接端831焊接到前活动上夹具锁紧机构安装孔45上，前活动上夹具锁紧推杆82穿过前活动上夹具锁紧机构安装孔45在其内部自由移动，前活动上夹具锁紧机构8上的上活动夹具锁紧楔形块74在前活动下夹具上表面42上移动，上活动夹具锁紧手柄71在夹具框架1的外部。

本实用新型的抱夹机构通过夹具框架上的U型载荷导轨11将抱夹机构连接到立管浮力装置上，并利用螺栓将抱夹机构固定板12与立管浮力装置进行固定，所述抱夹机构通过夹具框架立管受力面14、后活动夹具立管受力面21、前活动上夹具立管受力面31和前活动下夹具立管受力面41抱住立管受力环121，从而将立管与抱夹机构进行连接。

抱夹机构与立管120进行连接后通过前活动下夹具右锁紧机构5和前活动下夹具左锁紧机构6上的前活动下夹具锁紧楔形块54锁紧前活动下夹具4，通过后活动夹具锁紧机构上的上活动夹具锁紧楔形块74锁紧后活动夹具2，通过前活动上夹具锁紧机构8上的上活动夹具锁紧楔形块74锁紧前活动上夹具3。

具体地，抱夹机构与立管的连接是通过以下方式完成的：

1.抱夹机构开启，如图3所示，此时前活动上夹具3、前活动下夹具4和后活动夹具2是活动的，可以任意转动的，立管120是从抱夹机构前方进入抱夹机构的夹具框架1中的，为方便立管120从抱夹机构前方顺利进入夹具框架1中，前活动下夹具4和前活动上夹具3应转到如图3所示位置，后活动夹具2也应转到碰不到立管受力环121的位置。

2.立管120进入抱夹机构的夹具框架1中，使立管受力环121在夹具框架立管受力面14上方一定距离处，转动前活动下夹具4扣住立管120，推动前活动下夹具右锁紧机构5中的前活动下夹具锁紧手柄51并将手柄锁紧螺纹511拧入前活动下夹具锁紧右套管螺纹端532上，此时前活动下夹具锁紧手柄51会推动前活动下夹具锁紧右推杆52往前移动，当前活动下夹具锁紧楔形块54移动一定距离后前活动下夹具锁紧楔形块楔形面541开始挤压前活动下夹具右楔形块受力面44，同理操作前活动下夹具左锁紧机构6使前活动下夹具左锁紧机构6中的前活动下夹具锁紧楔形块楔形面541挤压前活动下夹具左楔形块受力面43，夹具框架立管受力面14与前活动上夹具立管受力面31为锥形面，此时,夹具框架立管受力面14与前活动上夹具立管受力面31在一个锥面上，完成前活动下夹具4的锁紧。前活动下夹具4锁紧后将前活动下夹具锁紧手柄51从前活动下夹具锁紧右套管53和前活动下夹具锁紧左套管63上拧下来，前活动下夹具锁紧手柄51旋出时因前活动下夹具锁紧手柄51与前活动下夹具锁紧手柄限位螺母55还没有接触前活动下夹具锁紧右推杆52不会跟着移动，前活动下夹具通过前活动下夹具锁紧楔形块54的自锁性完成夹具的锁紧，此时抱夹机构如图2所示。

3.下降立管，使立管受力环121落在夹具框架立管受力面14和前活动上夹具立管受力面31上，立管受力环121的上表面与下表面均为锥形面，此时夹具框架立管受力面14与前活动上夹具立管受力面31共同支持立管受力环121的下表面，推动后活动夹具锁紧机构7上的上活动夹具锁紧手柄71，并将上活动夹具锁紧手柄71拧入后活动夹具锁紧套管螺纹端732上，上活动夹具锁紧手柄71将推动后活动夹具锁紧推杆72和上活动夹具锁紧楔形块74一起向前移动，上活动夹具锁紧楔形块74上的上活动夹具锁紧楔形块楔形面741将挤压后活动夹具楔形块受力面22使后活动夹具2向立管转动，后活动夹具立管受力面21紧贴立管受力环121的上表面，从而限制立管向上移动，同理推动前活动上夹具锁紧机构8上的上活动夹具锁紧手柄71使前活动上夹具立管受力面31紧贴立管受力环121的上表面，完成立管的抱夹，后活动夹具锁紧机构7与前活动上夹具锁紧机构8锁紧后活动夹具2与前活动上夹具3后不需要将上活动夹具锁紧手柄71拧下，此时立管受力环121在后活动夹具立管受力面21、夹具框架立管受力面14、前活动下夹具立管受力面41和前活动上夹具立管受力面31的限制下无法移动，从而实现了抱夹机构与立管的连接，如图3、图5和图7所示。

具体地，锁紧手柄的操作是通过以下原理实现的：

参考图18，可以看出前活动下夹具右锁紧机构5锁紧状态。锁紧过程中前活动下夹具锁紧手柄51上的手柄推杆支撑面512顶住前活动下夹具锁紧右推杆轴肩521向前移动，当手柄锁紧螺纹511拧入前活动下夹具锁紧右套管螺纹端532时通过螺旋传动可以加大推力使活动夹具锁紧更紧。锁紧后将前活动下夹具锁紧手柄51拧出使前活动下夹具锁紧右推杆52不会跟着退出，当前活动下夹具锁紧手柄51完全拧出后可以在前活动下夹具锁紧右推杆52上自由移动，但前活动下夹具锁紧手柄51向外移动一定距离后手柄垫片支撑面514将顶住垫片57无法脱离前活动下夹具锁紧右推杆52。

具体地，后活动夹具2与前活动上夹具3是通过以下原理完成锁紧的：

参考图5和图7，当上活动夹具锁紧楔形块74锁紧后活动夹具2与前活动上夹具3之前，后活动夹具下表面23与夹具框架后下支撑面112接触，前活动上夹具下表面32与前活动下夹具上表面42接触，后活动夹具上表面25和前活动上夹具上表面35与夹具框架上支撑面18之间是有间隙的，当上活动夹具锁紧楔形块楔形面741挤压后活动夹具楔形块受力面22和前活动上夹具楔形块受力面33时，后活动夹具2和前活动上夹具3向立管转动，后活动夹具楔形块受力面22和前活动上夹具楔形块受力面33为楔形面，当后活动夹具立管受力面21与立管受力环121的上表面接触时，在后活动夹具楔形块受力面22的斜面和立管受力环121的斜面共同挤压下后活动夹具2将向上移动使后活动夹具上表面25与夹具框架上支撑面18接触，后活动夹具2在上活动夹具锁紧楔形块楔形面741、立管受力环121和夹具框架上支撑面18三个面的挤压下无法移动，从而实现了后活动夹具2的锁紧，同理当上活动夹具锁紧楔形块楔形面741挤压前活动上夹具楔形块受力面33时前活动上夹具3也会被锁紧。