一种用于水下控制模块的下放回收安装工具的使用方法与流程

本发明涉及一种用于水下控制模块的下放回收安装工具的使用方法，属于海洋石油开采技术领域。

背景技术：

水下控制模块(subseacontrolmodule)又称scm，是深海油气开采系统的重要组成部分，担负着控制水下阀门开启和关闭、收集和发送流体的温度、压力等数据信息的功能。

由于在深海中scm几乎无法使用人工进行安装操作，于是现有技术中大多使用rov(remoteoperatedvehicle)，即遥控无人潜水器携带下放工具用于海底安装工况，将全新的scm安装到scmmb平台上，而这些下放安装工具基本上不具备将废旧scm回收的功能，且在海底的对接操作方面大都十分繁琐。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于水下控制模块的下放回收安装工具的使用方法，能够有效简化装卸流程，提高对接精度，节约作业时间，从而节约成本。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于水下控制模块的下放回收安装工具的使用方法，其包括以下步骤：1)设置一下放回收安装工具，所述下放回收安装工具包括下放工具和底座，所述下放工具包括框架、rov扭矩驱动接口、丝杆传动组件和悬挂组件；2)对下放工具中的悬挂组件的高度进行调节，保证在抓取或下放scm时下放工具和scm处于安全距离；3)当需要对scm进行下放安装时，进入步骤4)，当需要对scm进行回收时，进入步骤5)；4)通过悬挂组件将下放工具与scm连接，并利用下放工具将scm下放至scmmb平台，利用水下rov机器人使得scm与scmmb对接；5)将水下scm与scmmb平台中的scmmb解锁，并利用下放工具将水下scm携带至海面进行回收。

进一步地，所述步骤1)中，所述框架包括骨架、围设在骨架上部的双层顶部支架以及围设在所述骨架下部的单层底部支架，所述框架的底角上呈对角线设置有第一导向柱和第二导向柱；所述丝杆传动组件包括两链轮、链条、两根丝杆、四根辅助光杆以及连接件；所述链轮设置在所述框架的双层顶部支架内，且两所述链轮上端分别与两个所述rov扭矩驱动接口固定连接，两所述链轮下端分别与两所述丝杆上端同心固定连接，所述链条与两所述链轮啮合并向所述链轮传递动力；两所述丝杆分别设置在所述框架两侧的双层顶部支架与单层底部支架之间，且每一所述丝杆两侧并排设置两根所述辅助光杆；每一所述丝杆与两辅助光杆之间均设置有一所述连接件，两所述连接件与所述悬挂组件活动连接；所述悬挂组件包括中央梁、悬挂装置、v型梁、缓冲装置、栓接装置以及防转动臂；所述中央梁与所述连接件活动连接，所述悬挂装置、v型梁、缓冲装置、栓接装置由上向下依次安装在所述中央梁上，所述栓接装置下端与所述scm连接，且所述栓接装置下部设置有滑动叉和导向延伸；所述底座的两对角处设置有第一导向孔和第二导向孔，分别与所述框架底部的第一导向柱和第二导向柱匹配；所述底座中部设置有若干限位销，各所述限位销围成区域与所述scm匹配。

进一步地，所述步骤2)中，对下放工具中的悬挂组件的高度进行调节，保证在抓取或下放scm时下放工具和scm处于安全距离的方法，包括以下步骤：2.1)对悬挂组件中v型梁的位置进行检查，若v型梁的位置不满足安全距离，则进入步骤2.2)，若满足，则不需要调整；2.2)将扭转工具插入框架顶端一侧的rov扭矩驱动接口，顺时针启动扭转工具，旋转一侧丝杆，并通过链轮、链条传动，使两侧丝杆同步上升，使得悬挂组件中的v型梁上升至安全位置。

进一步地，所述安全距离是指所述丝杆的上端盖与所述连接件上端之间的间距h<140mm。

进一步地，所述步骤4)中，通过悬挂组件将下放工具与scm连接，并利用下放工具将scm下放至scmmb平台，并与scmmb对接的方法，包括以下步骤：4.1)依次将scm和下放工具垂直吊起并放置于底座上，并将下放工具中的悬挂组件与scm对接后，调节悬挂组件的高度，使得scm完全进入下放工具的框架内，完成scm的抓取；4.2)采用吊机将下放工具与scm同时下放到scmmb平台，利用扭转工具使得悬挂组件下降，带动scm与scmmb完全对接；4.3)分离scm和下放工具，并通过扭转工具调节悬挂组件的高度，使得下放工具与scm处于安全距离后将下放工具升起，离开scmmb平台。

进一步地，所述步骤4.1)中，进行scm抓取的方法，包括以下步骤：4.1.1)将scm垂直吊起放于底座上，调整方向，使得scm落在底座中部由限位销围成的区域内；4.1.2)用吊机将下放工具吊起，并将下放工具下端的第一导向柱与底座上的第一导向孔对接，然后以第一导向柱为圆心微调下放工具，同时继续下降使第二导向柱进入第二导向孔，使下放工具完全落在底座上；4.1.3)将栓接装置下部的滑动叉拔出，并使得导向延伸处于scm上部的蘑菇头的正上方；4.1.4)将扭转工具插入下放工具框架顶端一侧的rov扭矩驱动接口中，启动扭转工具，转动丝杆使v型梁下降，直到蘑菇头穿过导向延伸，插入栓接装置的中间；4.1.5)将滑动叉推入，反转扭转工具，转动丝杆使v型梁上升，直到滑动叉与蘑菇头底部平面接触受力，继续转动丝杆，将scm起吊，脱离底座；4.1.6)继续转动扭转工具，使v型梁上升，直到scm的本体完全进入下放工具的框架内，完成scm的抓取。

进一步地，所述步骤4.2)中，下放scm的方法，包括以下步骤：4.2.1)启动吊机，吊起下放回收安装工具携带scm离开底座进入海水中，并下放至scmmb平台附近；4.2.2)利用水下rov机器人推动控制下放工具，使下放工具下端的第一导向柱与scmmb平台顶部预设的两导向孔对接，完成下放工具与scmmb平台的初次导向和定位；继续下放吊机，并以第一导向柱为圆心微调下放工具，使得下放工具下方的第二导向柱进入另一导向孔，使得下放工具下部平面与scmmb平台的上平面完全贴和；4.2.3)启动rov的扭矩扳手，使v型梁下降，带动scm与scmmb平台中的scmmb对接；4.2.4)继续转动rov的扭矩扳手带动scm下降，直到scm和scmmb完全对接，产生负载扭矩增大，超出rov的扭矩扳手所设定扭矩，扭矩扳手停止转动，完成对接。

进一步地，所述步骤4.3)中，分离下放工具和scm的方法，包括以下步骤：4.3.1)利用rov水下机器人将滑动叉拔出，使scm和下放工具中的悬挂组件分离；4.3.2)启动rov的扭矩扳手，使得悬挂组件中的v型梁上升，使得下放工具与scm保持安全距离；4.3.3)启动吊机，将下放工具升起，离开scmmb平台。

进一步地，所述步骤5)中，回收scm的方法，包括以下步骤：5.1)水下rov机器人携带扭矩工具和适配器至scm附近，操控适配器安装在scm蘑菇头上，装入扭矩工具后，反向旋转扭矩工具，将scm和scmmb解锁；5.2)利用吊机携带下放工具至scmmb平台，并通过rov机器人将下放工具和scmmb平台对接；5.3)利用rov机器人将栓接装置处的滑动叉拔出；5.4)rov机器人携带扭矩工具至下放工具顶端，并插入框架顶部的扭矩驱动接口，启动扭转工具使得v型梁下降，直到栓接装置处的导向延伸与scm顶部的蘑菇头下放斜面顶住时停止；5.5)利用rov机器人将栓接装置处的滑动叉推入，使得栓接装置与scm连接；5.6)反向旋转扭矩工具，提升v型梁，带动scm脱离scmmb，直到scm完全升入下放工具的框架内；5.7)启动吊机，吊起下放工具，携带scm离开scmmb平台，直到脱离海水；5.8)将打捞出的下放工具放在底座上；5.9)将扭矩工具安装到下放工具顶端的扭矩驱动接口，启动扭矩工具，对scm进行下放，直到scm降落在底座限定区域内，导向延伸与蘑菇头下斜面顶住时，扭矩工具停止；5.10)人工拔出滑动叉，反向旋转扭矩工具，直到v型梁升高到安全距离时，下放工具完全脱离蘑菇头的高度区域，此时scm和下放工具完全分离，scm回收成功。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明通过v型梁加缓冲装置和栓接装置的设计，提高装置的承重能力、有效载荷，以及提高水下控制模块的下放、安装操作的稳定性，同时具备了回收的功能。2、本发明在框架1顶部设置有rov扭矩驱动接口，通过rov上的标准扭矩扳手，既可以用于scm和scmmb平台的锁紧，也用于驱动丝杆，提高现场安装效率。3、本发明双丝杆将scm同时下放，提高下放时的稳定性，两根丝杆的顶端均设置了rov扭矩驱动接口，其中任意一个接口损坏，也不影响功能的实现，提高了本发明在深海的可靠性。4、本发明在框架的底部一角设有第一导向柱，所述第一导向柱的对角设有第二导向柱，提供了分级导向功能，使本发明可以更精准、方便地固定在scmmb平台上。本发明针对国产的水下控制模块scm配套设计，采用全机械结构，结构稳固，可靠性高，易于维护和使用。

附图说明

图1是本发明用于水下控制模块的下放回收安装工具的立体图；

图2是本发明用于水下控制模块的下放回收安装工具的正向图；

图3是本发明用于水下控制模块的下放回收安装工具的整体结构图；

图4是本发明用于水下控制模块的下放回收安装工具下放准备示意图；

图5是本发明scm与下放回收安装工具底座安装示意图；

图6是本发明scm与下放回收安装工具底座相对位置关系示意图；

图7是本发明下放工具与下放回收安装工具底座安装示意图；

图8是本发明导向延伸与蘑菇头相对位置关系示意图；

图9是本发明下放准备工作完成状态图；

图10是本发明下放操作示意图；

图11是本发明下放操作完成示意图；

图12是本发明下放工具与scm分离示意图；

其中各标记如下：1、框架；2、rov扭矩驱动接口；3、丝杆传动组件；4、悬挂组件；5、scm；11、第一导向柱；12、第二导向柱；31、丝杆；32、链轮；33、链条；34、辅助光杆；35、连接件；36、张紧轮；41、中央梁；42、悬挂装置；43、v型梁；44、缓冲装置；45、栓接装置；46、防转动臂；47、滑动叉；48、导向延伸。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1～图3所示，本发明提供的一种用于水下控制模块的下放回收安装工具，其包括下放工具和底座，该下放工具包括框架1、两rov扭矩驱动接口2、丝杆传动组件3以及一个悬挂组件4。其中，框架1包括骨架、围设在骨架上部的双层顶部支架以及围设在骨架下部的单层底部支架；两rov扭矩驱动接口2分别固定设置在框架1的双层顶部支架两侧，且两rov扭矩驱动接口2上端用于与扭转工具(例如rov的扭矩扳手)对接，两rov扭矩驱动接口2下端与丝杆传动组件3连接；丝杆传动组件3设置在框架1的双层顶部支架和单层底部支架之间，且丝杆传动组件3与悬挂组件4上端活动连接，悬挂组件4下端与待下放安装或回收的scm5上端连接；扭转工具通过rov扭矩驱动接口2带动丝杆传动组件3动作，进而实现与悬挂组件4下端相连的scm5的下放、回收以及安装。

进一步地，框架1的底角上呈对角线设置有第一导向柱11和第二导向柱12，且第一导向柱11的长度大于第二导向柱12的长度。第一导向柱11和第二导向柱12提供了分级导向功能，第一导向柱11是一级导向，第二导向柱12是二级导向，以第一导向柱11为圆心微调(旋转)下放工具，同时继续下降使第二导向柱12(第二导向柱12为二级导向)进入另一个导向孔，具体地，通过rov的机械臂抓住框架1的骨架，以第一导向柱11为轴心进行旋转微调，把第二导向柱12一端对准导向孔，最终通过重力使第二导向柱12完全插入到导向孔，两根长短的导向柱起到了固定的作用。

进一步地，框架1前侧的骨架上还设置有rov辅助操作扶手13，优选地，扶手13设置在底部设置有第一导向柱11的骨架一侧。

进一步地，框架1上设有加固骨架的加强板。

进一步地，框架1的四个底角上安装有防撞缓冲垫，由于scm5重达数吨，其下沉后与scmmb平台的撞击力量很大，安装防撞缓冲垫起缓冲作用，减小本发明下沉所受的撞击力。

进一步地，框架1作为一个固定其他组件的部件，最终可以实现各部件的固定即可，例如，框架1可以是一个长方体外形的内中空骨架，或者是其他三角形截面、五角形截面等等。

进一步地，如图2、图3所示，丝杆传动组件3包括两链轮32、链条33、两根丝杆31、四根辅助光杆34以及连接件35。其中，两个链轮32设置在框架1的双层顶部支架内，且两链轮32上端分别与两个rov扭矩驱动接口2固定连接，两链轮32下端分别与两丝杆31上端同心固定连接，链条33与两链轮32啮合并向链轮32传递动力，进而带动丝杆31上下移动；两丝杆31分别设置在框架1两侧的双层顶部支架与单层底部支架之间，且每一丝杆31两侧并排设置两根辅助光杆34，用于分散丝杆31上下运动时所受的水平方向的力，保护丝杆31；两丝杆31与两辅助光杆34之间通过连接件35与悬挂组件4上端活动连接。

进一步地，丝杆传动组件3中，链条33内侧还安装有用于链条33防抖的张紧轮36，为链条33增强防抖效果。

进一步地，连接件35的材质为合金铜，在与丝杆31进行上下相对运行的时候作为弱势的一方，避免丝杆31加速磨损，提高丝杆31的可靠性。

进一步地，悬挂组件4包括中央梁41、悬挂装置42、v型梁43、缓冲装置44、栓接装置45以及防转动臂46。其中，中央梁41与丝杆传动组件3的连接件35活动连接，悬挂装置42、v型梁43、缓冲装置44、栓接装置45由上向下依次安装在中央梁41上，栓接装置45下端与scm5连接。其中，悬挂装置42具有自动调节对中作用；v型梁43加缓冲装置44的结构具有缓冲、抗震作用，承重能力比传统的横直梁强，能够提高有效载荷。

进一步地，栓接装置45与待下放、回收或安装的scm5之间还设置有防转动臂46，用于防止栓接装置45在安装scm5的过程中与scm5进行相对旋转，造成安装失败，并在防止相对旋转的同时保证被吊装的scm5在水下能够轻微晃动，将水平方向的振动通过v型梁43卸掉。

进一步地，栓接装置45下部设置有滑动叉47和导向延伸48，滑动叉47用于固定scm5的蘑菇头，导向延伸48用于在栓接装置45与scm5连接时对scm5顶部的蘑菇头进行限位。

进一步地，该下放工具还包括底座6，该底座6的两对角处设置有第一导向孔61和第二导向孔62，分别与框架1底部的第一导向柱11和第二导向柱12匹配；底座6中部还设置有若干限位销63，各限位销63所围区域与scm5相匹配。

基于上述用于水下控制模块的下放回收安装工具，本发明还提供一种用于水下控制模块的下放回收安装工具的使用方法，包括以下步骤：

1)设置一下放回收安装工具，该下放回收安装工具包括下放工具和底座，且下放工具包括框架、rov扭矩驱动接口、丝杆传动组件和悬挂组件。

2)准备工作：对下放工具中的悬挂组件4的高度进行调节，保证在抓取或下放scm5时下放工具和scm5处于安全距离。

3)当需要对scm进行下放安装时，进入步骤4)，当需要对scm进行回收时，进入步骤5)。

4)进行下放操作：通过悬挂组件4将下放工具与scm5连接，并利用下放工具将scm5下放至scmmb平台，使得scm5与scmmb对接。

5)进行回收操作：将水下scm与scmmb平台中的scmmb解锁，利用下放工具将水下scm携带至海面进行回收。

上述步骤2)中，进行准备工作的方法为：

2.1)对悬挂组件4中v型梁43的位置进行检查，若v型梁43的位置不满足安全距离的要求，则进入步骤2.2)，若满足，则不需要调整。

如图4所示，具体的，当需要对scm5进行抓取时，首先检查下放工具中v型梁43的位置，如果v型梁43在下放工具框架1的中下部，则需要用扭转工具带动丝杆杆31向上移动，将v型梁43升高，要保证图中丝杆31的上端盖和连接件35上端之间的间距h<140mm，才能保证正常的抓取scm5。同样的，当需要释放scm5时，也要将v型梁43升高到该尺寸高度，才能保证下放工具和scm5安全的脱离。

2.2)将扭转工具(例如rov的扭矩扳手)插入框架1顶端一侧的rov扭矩驱动接口2，顺时针启动扭转工具，旋转一侧丝杆31，并通过链轮32和链条33传动，使两侧丝杆31同步上升，进而使得悬挂组件4中的v型梁43上升至安全位置。

上述步骤4)中，通过悬挂组件4将下放工具与scm5连接，并利用下放工具将scm5下放至scmmb平台，并与scmmb对接的方法，包括以下步骤：

4.1)scm5抓取：依次将scm5和下放工具垂直吊起并放置于底座6上，并将下放工具中的悬挂组件4与scm5对接后，调节悬挂组件4的高度，使得scm5完全进入下放工具的框架1内，完成scm5的抓取；

4.2)scm5下放：采用吊机将下放工具与scm5同时下放到scmmb平台，利用扭转工具如rov的扭矩扳手使得悬挂组件4下降，带动scm5与scmmb完全对接；

4.3)下放工具分离：分离scm5和下放工具，并通过扭转工具如rov的扭矩扳手调节悬挂组件4的高度，使得下放工具与scm5处于安全距离后将下放工具升起，离开scmmb平台。

上述步骤4.1)中，抓取scm5的方法，包括以下步骤：

4.1.1)将scm5垂直吊起放于底座6上，调整方向，使得scm5落在底座6中部由限位销63围成的区域内。

如图5、图6所示，用吊机将scm起吊，并放入下放回收安装工具底座上限位销形成的区间内，撤去吊机和起吊装置，露出scm的蘑菇头，这时，scm的位置就是可以被下放工具抓取的位置。注意：底座和scm都是有方向的，放置scm时要保证底座和scm方向上的对应，是正确的相对位置关系。

4.1.2)如图7所示，用吊机将下放工具吊起，并将下放工具下端的第一导向柱11与底座6上的第一导向孔61对接，然后以第一导向柱11为圆心微调下放工具，同时继续下降使第二导向柱12进入第二导向孔62，使下放工具完全落在底座6上。

4.1.3)如图8所示，将栓接装置45下部的滑动叉47拔出，并使得导向延伸48基本处于scm5上部的蘑菇头的正上方。

4.1.4)将扭转工具如rov的扭矩扳手插入下放工具顶端的rov扭矩驱动接口2中，启动rov的扭矩扳手，转动丝杆31使v型梁43下降，直到蘑菇头穿过导向延伸48，插入栓接装置45的中间。

上述过程中，不需人为干预，当导向延伸48触碰到蘑菇头下部的斜面时，扭矩增大，超出rov的扭矩扳手所设定扭矩，扭矩扳手停止转动，完成对接。

注意事项：(正常的对接状态)

a、导向延伸与蘑菇头下方斜面顶住，产生负载，扳手停止转动；

b、scm上防转动限位与下放工具上防转动臂完成对接；

c、蘑菇头插入栓接机构内部。

4.1.5)如图9所示，先将滑动叉47推入，然后反转rov的扭矩扳手，转动丝杆31使v型梁43上升，直到滑动叉47与蘑菇头底部平面接触受力，继续转动丝杆31，将scm5起吊，脱离底座6。

4.1.6)继续转动rov的扭矩扳手，使v型梁43上升，一直到scm5的本体完全进入下放工具的框架1内，完成scm的抓取。

上述步骤4.2)中，下放scm5的方法，包括以下步骤：

4.2.1)启动吊机，吊起下放回收安装工具携带scm5离开底座6进入海水中，并下放至scmmb平台附近。

4.2.2)如图10所示，利用水下rov机器人推动控制下放工具，使下放工具下端的第一导向柱与scmmb平台顶部预设的两导向孔对接，完成下放工具与scmmb平台的初次导向和定位；继续下放吊机，并以第一导向柱11为圆心微调下放工具，使得下放工具下方的第二导向柱进入另一导向孔，使得下放工具下部平面与scmmb平台的上平面完全贴和。

4.2.3)如图11所示，启动rov的扭矩扳手，使v型梁43下降，带动scm5与scmmb平台中的scmmb对接。对接时，根据scm5底部预设的导向柱以及scmmb预设的导向孔，作为安装的二次导向和定位。

4.2.4)继续转动rov的扭矩扳手使得v型梁43带动scm5下降，直到scm5和scmmb完全对接，产生负载扭矩增大，超出rov的扭矩扳手所设定扭矩，扭矩扳手停止转动，完成对接。

上述步骤4.3)中，分离下放工具的方法，包括以下步骤：

4.3.1)利用rov水下机器人将滑动叉47拔出，使scm5和下放工具中的栓接装置45分离。

4.3.2)启动rov的扭矩扳手，使得悬挂组件4中的v型梁43上升，使得下放工具与scm5保持安全距离；

4.3.3)如图12所示，启动吊机，将下放工具升起，离开scmmb平台。

上述步骤5)中，进行回收操作的方法，包括以下步骤：

5.1)水下rov机器人携带扭矩工具和适配器至scm5附近，操控适配器安装在scm蘑菇头上，装入扭矩工具后，反向旋转扭矩工具，将scm5和scmmb解锁；

5.2)利用吊机携带下放工具至scmmb平台，并通过rov机器人将下放工具和scmmb平台对接；

5.3)利用rov机器人将栓接装置45处的滑动叉47拔出；

5.4)rov机器人携带扭矩工具至下放工具顶端，并插入框架1顶部的扭矩驱动接口2，启动扭转工具使得v型梁43下降，直到栓接装置45处的导向延伸48与scm5顶部的蘑菇头下放斜面顶住时停止；

5.5)利用rov机器人将栓接装置45处的滑动叉47推入，使得栓接装置45与scm5连接；

5.6)反向旋转扭矩工具，提升v型梁43，带动scm5脱离scmmb，直到scm5完全升入下放工具的框架1内(为防止下放工具在起降过程中scm本体受到损坏，必须要让scm本体全部进入到下放工具的框架内才能移动下放工具)；

5.7)启动吊机，吊起下放工具，携带scm5离开scmmb平台，直到脱离海水；

5.8)将打捞出的下放工具放在底座6上；

5.9)将扭矩工具安装到下放工具顶端的扭矩驱动接口2，启动扭矩工具，对scm进行下放，直到scm5降落在底座6限定区域内，导向延伸48与蘑菇头下斜面顶住时，扭矩工具停止；

5.10)人工拔出滑动叉47，反向旋转扭矩工具，直到v型梁43升高到安全距离时，下放工具完全脱离蘑菇头的高度区域，此时scm5和下放工具完全分离，scm5回收成功。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。