无张力铺管设备的制作方法

本实用新型涉及海底管道铺设施工领域，特别涉及一种无张力铺管设备。

背景技术：

由于人类对海洋油气的需求日益增大，且从大陆输送淡水到近海岛屿制约着经济发展，因此，海洋工程项目中的管道铺设环节越来越重要。为了克服自然环境阻碍，将管道顺利下放至水中，比如在浅水域铺设海底管道时，通常可以采用无张力铺管设备进行管道铺设。

现有技术中有一种无张力铺管设备，该无张力铺管设备包括无张力铺管船、发射架和托管架，其中，发射架设置在无张力铺管船的甲板上，且与甲板呈一定角度。发射架上设置有多个工作站，用于进行管道的焊接、检测及补口作业。托管架设置在无张力铺管船的船艉后方。在采用该无张力铺管设备往海底铺设管道时，吊机先将管道吊至发射架上，发射架上的工作站再依次进行管道的焊接、检测及补口作业，托管架再将管道下放至水中。

在管道铺设过程中，在自然环境的影响下，管道在轴向方向上会产生窜动，在横向方向上会产生轻微的错动，这样一来，给需要在稳定的环境中进行的焊接等作业产生影响，因此，管道铺设的可靠性较差。

技术实现要素：

为了解决管道铺设的可靠性较差的问题，本实用新型提供了一种无张力铺管设备。所述技术方案如下：

提供了一种无张力铺管设备，所述无张力铺管设备包括：无张力铺管船、发射架和托管架，所述无张力铺管设备还包括：张力补偿器，

所述张力补偿器包括底座和钳臂总成，所述张力补偿器通过所述底座设置在所述发射架的一端，所述钳臂总成设置在所述底座上，所述钳臂总成用于夹持待铺设的管道。

可选的，所述钳臂总成包括钳臂、钳臂固定座、锁紧液压缸和钳牙；

所述底座设置有滑道，所述钳臂固定座设置在所述滑道上；

所述钳臂为半钳形结构，所述钳臂的一端与所述钳臂固定座铰接；

所述锁紧液压缸的一端与所述钳臂固定座连接，另一端与所述钳臂外侧连接；

所述钳牙设置在所述钳臂内侧。

可选的，所述张力补偿器还包括轴向位移监测机构，

所述轴向位移监测机构为托辊式结构，所述轴向位移监测机构固定在所述底座上，位于被夹持的管道的下方。

可选的，所述钳牙包括钳牙座和钳牙板；

所述钳牙座设置在所述钳臂内侧；

所述钳牙板与所述管道接触的部位为弧形结构，所述弧形结构的弧度与所述管道的外径相匹配，所述钳牙板设置在所述钳牙座且远离所述钳臂的一侧，所述钳牙板与所述钳牙座铰接。

可选的，所述钳牙板上设置有橡胶垫层。

可选的，所述滑道上设置有位置锁定销孔，所述钳臂固定座通过所述位置锁定销孔设置在所述滑道上；

所述底座和所述钳臂固定座均设置有定位孔。

可选的，所述钳臂内侧设置有固定销孔，所述钳牙通过所述固定销孔设置在所述钳臂内侧。

可选的，所述钳臂内侧设置有两对钳牙，每对钳牙中两个钳牙之间的夹角为90°。

可选的，所述钳牙座设置有卡槽结构，所述钳牙座通过所述卡槽结构设置在所述钳臂内侧。

可选的，所述轴向位移监测机构包括弹簧组件、滚轮和与所述滚轮连接的传感器，所述滚轮在所述弹簧组件的弹力作用下与所述管道接触。

本实用新型提供了一种无张力铺管设备，由于该无张力铺管设备包括张力补偿器，该张力补偿器能够夹持住待铺设的管道，避免了管道产生轴向位移和横向位移，给焊接等作业提供了一个较稳定的环境，所以提高了管道铺设的可靠性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种无张力铺管设备的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种张力补偿器的结构示意图；

图3-1是本实用新型实施例提供的一种钳臂总成的结构示意图；

图3-2是图2所示的张力补偿器的主视图；

图4是图2所示的张力补偿器的俯视图；

图5是图2所示的张力补偿器的侧视图。

通过上述附图，已示出本实用新型明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本实用新型构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型实施例提供了一种无张力铺管设备，如图1所示，该无张力铺管设备包括：无张力铺管船10、发射架20和托管架30，该无张力铺管设备还包括：张力补偿器40。图1中的50为管道。

如图2所示，该张力补偿器包括底座41和钳臂总成42。张力补偿器通过底座41设置在发射架(如图1中的20)的一端，钳臂总成42设置在底座41上，钳臂总成42用于夹持待铺设的管道50。

综上所述，本实用新型实施例提供的无张力铺管设备，由于该无张力铺管设备包括张力补偿器，该张力补偿器能够夹持住待铺设的管道，避免管道产生轴向位移和横向位移，给焊接等作业提供了一个较稳定的环境，所以提高了管道铺设的可靠性。

示例的，底座可以焊接在发射架或无张力铺管船的甲板上，也可以通过螺栓固定在发射架或无张力铺管船的甲板上，本实用新型实施例对此不做限定。

该张力补偿器为开合结构，设置在发射架的尾部，既能在正常铺管作业中对夹持管道，也能在弃拾管作业时松开管道，满足无张力管道铺设技术中的各种工艺要求。

图3-1示出了该张力补偿器的钳臂总成42的结构示意图，该钳臂总成42包括钳臂421、钳臂固定座422、锁紧液压缸423和钳牙424。

图3-2示出了该张力补偿器的主视图，图3-2中的421为钳臂，423为锁紧液压缸，42为钳臂总成，41为底座。

图4示出了该张力补偿器的俯视图，如图4所示，底座41设置有滑道411，钳臂固定座422设置在滑道411上。示例的，该张力补偿器包括的底座为工字钢框架式结构。滑道上设置有位置锁定销孔，钳臂固定座通过该位置锁定销孔固定在滑道上。

图5示出了该张力补偿器的侧视图，如图5所示，钳臂421为半钳形结构，钳臂421的一端与钳臂固定座(图5未画出)铰接。

锁紧液压缸423的一端与钳臂固定座连接，另一端与钳臂421外侧连接。具体的，锁紧液压缸的活塞杆连接在钳臂外侧中部。锁紧液压缸通过活塞杆控制钳臂在管道的横向方向上开启或关闭。管道的横向方向为管道的径向方向。径向指的是沿管道半径的方向。

钳牙424设置在钳臂421内侧。钳牙的尺寸可以根据管道的管径的大小来确定。如图5所示，钳臂内侧设置有两对钳牙，每对钳牙中两个钳牙之间的夹角θ为90°。其中，一对钳牙设置在钳臂421内侧的上部，另一对钳牙设置在钳臂421内侧的下部。如图4所示，钳臂(图4未示出)设置有固定销孔02，钳牙(图4未画出)通过固定销孔02设置在钳臂内侧。

如图5所示，钳牙424包括钳牙座4241和钳牙板4242。

其中，钳牙座4241设置在钳臂421内侧，可选的，钳牙座设置有卡槽结构，钳牙座可以通过该卡槽结构卡接在钳臂内侧的边缘。钳臂上可以设置螺纹孔，进一步的，钳牙座可以通过螺栓固定在钳臂的螺纹孔内。

钳牙板4242与管道接触的部位为弧形结构，该弧形结构的弧度与管道的外径相匹配。钳牙板4242设置在钳牙座4241且远离钳臂421的一侧，钳牙板4242与钳牙座4241铰接。钳牙板与钳牙座通过铰接的方式连接在一起，能够适应由管道位置和结构引起的偏差，便于夹持管道。

进一步的，为了避免对管道防腐层造成破坏，如图5所示，钳牙板4242上设置有橡胶垫层4243。示例的，橡胶垫层可以由聚氨酯材料制成。图5中的01为定位孔。

底座和钳臂固定座均设置有定位孔，通过定位孔可以调节钳臂固定座在底座上的位置，进而满足不同管径的管道的夹持要求。如图5所示，当两个钳臂固定座远离时，该张力补偿器可以夹持较大管径的管道；当两个钳臂固定座靠近时，该张力补偿器可以夹持较小管径的管道。同时，还可以调节钳牙在钳臂内侧的位置，进一步满足不同管径的管道的夹持要求。

进一步的，如图3-2所示，该张力补偿器还包括轴向位移监测机构43。

轴向位移监测机构43为托辊式结构，轴向位移监测机构43固定在底座41上，位于被夹持的管道的下方。为了适应不同管径的管道，可以调整轴向位移监测机构的高低。具体的，轴向位移监测机构43包括弹簧组件、滚轮和与滚轮连接的传感器，滚轮在弹簧组件的弹力作用下与管道接触。轴向位移监测机构工作时，滚轮在弹簧组件的弹力作用下顶住管道，这样一来，当管道产生轴向位移时，管道会带动滚轮转动，与滚轮连接的传感器会将滚轮转动的相关数据记录下来，该数据能够直接反映管道的轴向位移情况，传感器将该数据传输至工作人员手持的移动终端，便于工作人员及时了解管道的状态。当有意外工况发生时，工作人员便可以及时采取措施避免重大事故发生。

使用本实用新型实施例提供的无张力铺管设备铺设管道时，可以按照如下几个步骤进行：

1、根据管道的管径确定张力补偿器的钳牙的尺寸，调整钳臂总成在底座上的位置以及钳牙在钳臂上的位置以满足该管道的夹持要求。

2、启动锁紧液压缸来打开钳臂，准备夹持待铺设的管道。

3、启动锁紧液压缸来关闭钳臂以夹持管道。

4、采用吊机将新管道吊至发射架上，对新管道和钳臂夹持的管道进行对口作业，再依次进行焊接、检测及补口作业。

5、启动锁紧液压缸打开钳臂，进行移船作业，采用托管架将夹持过的管道下放至水中。

6、重复步骤3至步骤5。

7、当管道被张力补偿器夹持时，如果轴向位移监测机构监测到管道产生轴向位移，工作人员可以根据实际情况增大锁紧液压缸对钳臂的推力以关紧钳臂，或减小锁紧液压缸对钳臂的推力以打开钳臂。

需要补充说明的是，本实用新型实施例提供的张力补偿器可以满足直径为300毫米至1400毫米的管道的夹持要求与张力补偿要求，该张力补偿器可以为管道提供轴向上高达30吨的张力。

由于该张力补偿器能够夹持完成防腐补口作业的管道，所以为管道提供了一定的约束力，能够控制管道产生轴向位移和横向位移，消除了环境载荷对管道的影响，为吊上发射架待被焊接、检测及补口的管道提供稳定的作业环境。每焊接完一段管道后，该张力补偿器会松开管道，无张力铺管船进行移船作业，管道穿过该张力补偿器向后运动，移船作业进行完之后，该张力补偿器再次夹紧管道，重复进行管道的焊接、检测及补口作业。

综上所述，本实用新型实施例提供的无张力铺管设备，由于该无张力铺管设备包括张力补偿器，该张力补偿器能够夹持住待铺设的管道，避免管道产生轴向位移和横向位移，给焊接等作业提供了一个较稳定的环境，所以提高了管道铺设的可靠性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。