一种水下缆的保护装置的制作方法

本发明涉及海洋工程领域，尤其是涉及一种水下缆的保护装置。

背景技术：

随着我国对能源需求的日益增加，对海洋油气、海上风电的开发力度也在迅猛加大。海底电缆、动态缆、脐带缆等水下缆作为电力传输、信号控制、压力传导等的重要媒介，在使用过程中的安全可靠性至关重要。石油平台或者海上风电平台中使用的水下缆通常是通过刚性护管从海底穿至平台上方，为了顺利穿管，刚性护管的内径一般是水下缆外径的3倍左右，且在底部进入口部分呈喇叭口形状。由于刚性护管和水下缆之间的尺寸特点，安装后水下缆会在刚性护管内自由摆动，尤其是在刚性护管的下端的出口处，该处水下缆受洋流影响最为剧烈，在洋流作用下会不停摆动，同时不断碰撞刚性护管，长时间作用下容易造成水下缆的疲劳破损，影响整个平台的正常使用；另外，由于刚性护管的下端口浸没在海水中，因此海水会进入到刚性护管，同时一些贝类等海生物会附着在刚性护管的内壁和水下缆的外层，且会沿着刚性护管和水下缆往上爬，而海水和海生物均会对水下缆和刚性护管造成腐蚀，降低其使用寿命。为了确保水下缆在长时间的使用过程中的安全性和可靠性，如何有效提升其使用寿命变得尤为重要。

目前常规的方法是在水下缆的尾部安装用于中心定位及密封的保护装置，通过该保护装置抱紧水下缆，并卡于刚性护管的直管段内，使水下缆处于刚性护管的中心位置，另外为了保证水下缆不会因过度弯曲而造成损坏，通常还会在保护装置上设置弯曲限制器。整个保护装置的固定主要依靠卡于刚性护管的直管段内的密封环和夹紧水下缆的摩擦力的作用，经过一段时间后密封环会发生老化使得摩擦力减小，从而导致保护装置与刚性护管之间的固定能力减弱，同时受制于安装的要求，水下缆在刚性护管内部并不是紧绷的，而由于固定密封环的摩擦力的减小，整个保护装置将偏离原来设定的安装位置，若水下缆松弛较多特别是在深水区域，整个保护装置可能从刚性护管的端部喇叭口脱离出去，一旦装置脱出将失去对水下缆的保护，且造成喇叭口外部的水下缆的弯曲载荷加大，弯曲限制器在此处也无法起到有效地弯曲限制作用，不能及时修理将使得水下缆过早损坏，造成严重的损失，且重新进行安装或返修也将带来巨大的施工成本和安全隐患。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、能够有效延长水下缆使用寿命的水下缆的保护装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种水下缆的保护装置，包括刚性护管，所述的刚性护管内设置有中心定位保护机构，所述的中心定位保护机构包括从前至后依次连接的导向头和用于将水下缆夹紧的夹紧器，所述的导向头和所述的夹紧器的中心设置有水下缆通孔，所述的夹紧器与所述的刚性护管之间设置有密封组件，所述的夹紧器的后端伸出所述的刚性护管，所述的夹紧器与所述的刚性护管之间设置有用于锁紧所述的中心定位保护机构安装位置的锁位机构。

所述的刚性护管包括自前向后依次连接且同轴设置的安装段和导入段，所述的安装段为直管，所述的导入段自前向后内径渐大呈喇叭口状，所述的导向头位于所述的安装段内，所述的密封组件密封设置在所述的安装段内，所述的夹紧器的后端伸出所述的导入段为伸出段。上述刚性护管结构简单，其中直管的安装段用于安装中心保护定位机构，而呈喇叭状口状的导入段的设置便于中心保护定位机构的导入安装。

所述的锁位机构包括设置在所述的伸出段上的至少三个锁位勾，多个所述的锁位勾沿着所述的水下缆的圆周壁均布设置，所述的锁位勾包括自前向后依次设置的锁位部和安装部，所述的安装部可转动地设置在所述的伸出段上，所述的锁位部的前端相对所述的伸出段的端面上设置有凸起的勾舌，所述的导入段的外侧壁上设置有向外凸起的锁位环，锁位状态下，所述的勾舌勾设在所述的锁位环上。上述锁位机构结构简单，成本低，且锁位方便，通过勾舌与锁位环的配合，实现中心定位保护机构的稳定锁位，从而对水下缆形成更好的保护；该锁位机构设置在整个装置的外部，便于锁位操作，也便于后期的维护和更换。

所述的伸出段的外侧壁上均布设置有多个与所述的锁位勾位置相配合的安装壁，所述的安装部可转动地设置在所述的安装壁上，所述的安装壁与所述的锁位部之间设置斜向的拉簧，锁位状态下，所述的拉簧处于拉伸状态。通过安装壁给锁位勾的安装部的安装提供一个稳定的支撑，安装壁与锁位部之间设置的斜向的拉簧，给锁位勾的锁位提供一个拉紧力，确保锁位勾的勾舌能够稳定勾设在锁位环上，从而使得锁位更为稳定，可靠性更好。

所述的导向头的后端设置有连接法兰，所述的夹紧器的前端设置有限位法兰，所述的密封组件固定安装在所述的连接法兰和所述的限位法兰之间，且所述的密封组件的中心设置有所述的水下缆通孔，所述的连接法兰的外径小于所述的安装段的内径，所述的限位法兰的外侧壁的外径自前向后渐大，所述的限位法兰的最大外径大于所述的安装段的内径，所述的限位法兰的最小外径小于所述的安装段的内径，安装完成后，所述的限位法兰的前端伸入设置在所述的安装段内，所述的限位法兰的外侧壁与所述的导入段的内壁相接触。通过连接法兰和限位法兰用于安装密封组件，使得密封组件能够得以稳定安装，其中限位法兰对整个中心定位保护机构起到安装限位的作用，使得中心定位保护机构安装在设定的位置上，从而对水下缆起到有效的保护作用。

所述的密封组件由多个自前向后依次串接的锥形密封圈组成，所述的锥形密封圈的外侧壁与所述的安装段的内壁紧贴，相邻的所述的锥形密封圈之间设置有刚性垫圈。上述密封组件结构简单，密封效果佳。

所述的连接法兰、所述的锥形密封圈、所述的刚性垫圈和所述的限位法兰上均设置有多个位置相互对应的安装孔，通过与所述的安装孔相配合的螺栓依次穿过安装孔并用螺母固定。上述结构便于连接安装到一起，结构简单，安装方便且稳定。

所述的导向头、所述的夹紧器、所述的密封组件通过中心线分为两半对称结构。导向头、夹紧器、密封组件为通过中心线分为两半的对称结构，便于与水下缆安装连接。

还包括弯曲限制器，所述的弯曲限制器连接在所述的伸出段上，所述的弯曲限制器包括至少两个弯曲限制构件，多个所述的弯曲限制构件依次串联套接，每个所述的弯曲限制构件由第一弯曲限制单元和第二弯曲限制单元组成，每个所述的弯曲限制构件的中心设置有所述的水下缆通孔，所述的第一弯曲限制单元的第一端与所述的第二弯曲限制单元的第一端之间为可转动连接，所述的第一弯曲限制单元的第二端与所述的第二弯曲限制单元的第二端贴合安装后通过锁紧件锁紧固定。整个保护装置还包括一个弯曲限制器，该弯曲限制器用于保证水下缆不会因过度弯曲而造成损坏，其中该弯曲限制器中第一弯曲限制单元的第一端与第二弯曲限制单元的第一端在具体安装前为连接状态且可转动连接，使得单个弯曲限制构件只需要一个人便能够完成安装，结构简单、安装方便且快速，有效提高了安装效率，大大节约了人工成本。

所述的弯曲限制构件包括自前向后依次设置的圆柱状的安装部和连接部，所述的连接部的外径大于所述的安装部的外径，所述的安装部的端头同轴设置有一安装凸环，所述的安装凸环的外径大于所述的安装部的外径且小于所述的连接部的外径，所述的中心通孔包括自前向后依次设置的与水下管缆相配合的限制孔、与所述的安装凸环相配合的安装孔和与所述的安装部相配合的连接孔，所述的限制孔的直径小于所述的连接孔的直径，所述的连接孔的直径小于所述的安装孔的直径，所述的安装凸环与所述的安装孔之前为间隙配合，所述的安装部与所述的连接孔之间为间隙配合；所述的伸出段的外侧壁上设置有所述的安装凸环。上述弯曲限制构件结构简单，通过一个弯曲限制构件上的安装凸环与另一个弯曲限制构件上的限制孔之间的配合，实现多个弯曲限制构件之间的串联套接；伸出段的外侧壁上设置的安装凸环用于与弯曲限制器安装连接。

所述的第一弯曲限制单元的第一端设置有第一安装插块，所述的第二弯曲限制单元的第一端设置有与所述的第一安装插块相配合的第一安装插槽，所述的第一安装插块插入安装在所述的第一安装插槽内，所述的第一安装插块与所述的第二弯曲限制单元的第一端之间为可转动连接。通过第一安装插块与第一安装插槽之间的配合，给第一弯曲限制单元的第一端与第二弯曲限制单元的第一端之间的连接提供一个预连接，便于用于连接两者之前的连接件的安装，同时通过第一安装插块和第一安装插槽的配合可防止第一弯曲限制单元与第二弯曲限制单元在具体使用过程中发生前后位置的窜动，从而确保每一个弯曲限制构件能够起到稳定的弯曲限制作用；第一安装插块与第一弯曲限制单元的第一端之间为可转动连接，实现了第一弯曲限制单元与第二弯曲限制单元之间的开合，便于安装和拆卸。

所述的第二弯曲限制单元的第一端自前向后穿接有一连接轴，所述的连接轴与所述的第二弯曲限制单元的第一端之间为固定连接，所述的第一安装插块可转动地设置在所述的连接轴上。上述可转动连接结构简单，即能实现可转动连接，又能够确保第一弯曲限制单元的第一端与第二弯曲限制单元的第二端之间的稳定安装和连接。

所述的第二弯曲限制单元的第一端预埋有一个安装螺母，所述的连接轴上设置有与所述的安装螺母相配合的外螺纹，所述的连接轴螺接在所述的安装螺母上实现与所述的第二弯曲限制单元的第一端的固定连接。上述结构简单，通过预埋的安装螺母实现连接轴的稳定安装，安装拆卸方便。

所述的第二弯曲限制单元的第二端设置第二安装插块，所述的第一弯曲限制单元的第二端设置有与所述的第二安装插块相配合的第二安装插槽，所述的第二安装插块插入安装在所述的第二安装插槽内且通过所述的锁紧件锁紧固定；所述的锁紧件为杆部带有外螺纹的锁紧杆，所述的第二安装插块上设置有前后贯通的供所述的锁紧杆穿过的锁紧通孔，所述的第一弯曲限制单元的第二端预埋有与所述的外螺纹相配合的锁紧螺母，所述的锁紧杆螺接在所述的锁紧螺母上实现锁紧固定。通过第二安装插块与第二安装插槽之间的配合，给第一弯曲限制单元的第二端与第二弯曲限制单元的第二端之间的连接提供一个预连接，便于锁紧件的安装，同时通过第二安装插块和第二安装插槽的配合可防止第一弯曲限制单元与第二弯曲限制单元在具体使用过程中发生前后位置的窜动，从而确保每一个弯曲限制构件能够起到稳定的弯曲限制作用；锁紧件采用带螺纹的锁紧杆和预埋的锁紧螺母的配合，结构简单，成本低，且安装拆卸方便。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在不改变现有施工和安装的方式前提下，通过设置在夹紧器和刚性护管之间的锁位机构用于将中心定位保护机构的安装位置锁定住，有效降低该中心定位保护装置经长期使用后发生脱落的风险，从而对水下缆形成较为稳定和可靠的保护，有效地延长了水下缆的使用寿命；密封组件用于起密封作用；所有安装都在可在施工船上完成，安装简单，施工方便，安装到位后，基本不需要后期维护，大大降低了施工成本和后期维护成本，综合经济效益明显。

附图说明

图1为本发明安装上水下缆后的整体结构示意图；

图2为本发明安装上水下缆后的剖视结构示意图；

图3为本发明中的中心定位保护机构的剖视结构示意图；

图4为本发明中单个弯曲限制构件的立体结构示意图；

图5为本发明中单个弯曲限制构件的第一剖视结构示意图；

图6为本发明中单个弯曲限制构件的第二剖视结构示意图；

图7为本发明中第一弯曲限制单元的结构示意图；

图8为本发明中第二弯曲限制单元的结构示意图；

图9为本发明中单个弯曲限制构件在打开状态下的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1至图9所示，一种水下缆的保护装置，包括刚性护管a1，刚性护管a1内设置有中心定位保护机构，中心定位保护机构包括从前至后依次连接的导向头a2和用于将水下缆a3夹紧的夹紧器a4，导向头a2和夹紧器a4的中心设置有水下缆通孔13，夹紧器a4与刚性护管a1之间设置有密封组件a5，夹紧器a4的后端伸出刚性护管a1，夹紧器a4与刚性护管a1之间设置有用于锁紧中心定位保护机构安装位置的锁位机构。

在此具体实施例中，刚性护管a1包括自前向后依次连接且同轴设置的安装段a11和导入段a12，安装段a11为直管，导入段a12自前向后内径渐大呈喇叭口状，导向头a2位于安装段a11内，密封组件a5密封设置在安装段a11内，夹紧器a4的后端伸出导入段a12为伸出段a41。上述刚性护管a1结构简单，其中直管的安装段a11用于安装中心保护定位机构，而呈喇叭状口状的导入段a12的设置便于中心保护定位机构的导入安装。

在此具体实施例中，锁位机构包括设置在伸出段a41上的至少三个锁位勾a6，多个锁位勾a6沿着水下缆a3的圆周壁均布设置，锁位勾a6包括自前向后依次设置的锁位部a61和安装部a62，安装部a62可转动地设置在伸出段a41上，锁位部a61的前端相对伸出段a41的端面上设置有凸起的勾舌a63，导入段a12的外侧壁上设置有向外凸起的锁位环a121，锁位状态下，勾舌a63勾设在锁位环a121上。上述锁位机构结构简单，成本低，且锁位方便，通过勾舌a63与锁位环a121的配合，实现中心定位保护机构的稳定锁位，从而对水下缆a3形成更好的保护；该锁位机构设置在整个装置的外部，便于锁位操作，也便于后期的维护和更换。

在此具体实施例中，伸出段a41的外侧壁上均布设置有多个与锁位勾a6位置相配合的安装壁a411，安装部a62可转动地设置在安装壁a411上，安装壁a411与锁位部a61之间设置斜向的拉簧a7，锁位状态下，拉簧a7处于拉伸状态。通过安装壁a411给锁位勾a6的安装部a62的安装提供一个稳定的支撑，安装壁a411与锁位部a61之间设置的斜向的拉簧a7，给锁位勾a6的锁位提供一个拉紧力，确保锁位勾a6的勾舌a63能够稳定勾设在锁位环a121上，从而使得锁位更为稳定，可靠性更好。

在此具体实施例中，锁位勾a6为4个，4个锁位勾a6均布设置。

在此具体实施例中，导向头a2的后端设置有连接法兰a21，夹紧器a4的前端设置有限位法兰a42，密封组件a5固定安装在连接法兰a21和限位法兰a42之间，且密封组件a5的中心设置有水下缆通孔13，连接法兰a21的外径小于安装段a11的内径，限位法兰a42的外侧壁的外径自前向后渐大，限位法兰a42的最大外径大于安装段a11的内径，限位法兰a42的最小外径小于安装段a11的内径，安装完成后，限位法兰a42的前端伸入设置在安装段a11内，限位法兰a42的外侧壁与导入段a12的内壁相接触。通过连接法兰a21和限位法兰a42用于安装密封组件a5，使得密封组件a5能够得以稳定安装，其中限位法兰a42对整个中心定位保护机构起到安装限位的作用，使得中心定位保护机构安装在设定的位置上，从而对水下缆a3起到有效的保护作用。

在此具体实施例中，密封组件a5由多个自前向后依次串接的锥形密封圈a51组成，锥形密封圈a51的外侧壁与安装段a11的内壁紧贴，相邻的锥形密封圈a51之间设置有刚性垫圈a52。上述密封组件a5结构简单，密封效果佳，刚性垫圈a52起到刚性支撑的作用，使得整个中心定位保护机构强度更好。

在此具体实施例中，连接法兰a21、锥形密封圈a51、刚性垫圈a52和限位法兰a42上均设置有多个位置相互对应的安装孔（图中未显示），通过与安装孔相配合的螺栓a8依次穿过安装孔并用螺母a9固定。上述结构便于连接安装到一起，结构简单，安装方便且稳定。

在此具体实施例中，导向头a2、夹紧器a4、密封组件a5通过中心线分为两半对称结构。导向头a2、夹紧器a4、密封组件a5为通过中心线分为两半的对称结构，便于与水下缆a3安装连接。

整个保护装置还包括弯曲限制器，该弯曲限制器包括至少两个弯曲限制构件1，多个弯曲限制构件1依次串联套接，每个弯曲限制构件1由第一弯曲限制单元11和第二弯曲限制单元12组成，每个弯曲限制构件1的中心设置有水下缆a3穿过的水下缆通孔13，第一弯曲限制单元11的第一端与第二弯曲限制单元12的第一端之间为可转动连接，第一弯曲限制单元11的第二端与第二弯曲限制单元12的第二端贴合安装后通过锁紧件锁紧固定。

在此具体实施例中，弯曲限制构件1包括自前向后依次设置的圆柱状的安装部101和连接部102，连接部102的外径大于安装部101的外径，安装部101的端头同轴设置有一安装凸环103，安装凸环103的外径大于安装部101的外径且小于连接部102的外径，中心通孔13包括自前向后依次设置的与水下管缆相配合的限制孔131、与安装凸环103相配合的安装孔132和与安装部101相配合的连接孔133，限制孔131的直径小于连接孔133的直径，连接孔133的直径小于安装孔132的直径，安装凸环103与安装孔132之前为间隙配合，安装部101与连接孔133之间为间隙配合；伸出段a41的外侧壁上设置有安装凸环103。上述弯曲限制构件1结构简单，通过一个弯曲限制构件1上的安装凸环103与另一个弯曲限制构件1上的限制孔131之间的配合，实现多个弯曲限制构件1之间的串联套接；伸出段a41的外侧壁上设置的安装凸环103用于与弯曲限制器安装连接；

在此具体实施例中，第一弯曲限制单元11的第一端设置第一安装插块111，第二弯曲限制单元12的第一端设置有与第一安装插块111相配合的第一安装插槽121，第一安装插块111插入安装在第一安装插槽121内，第一安装插块111与第二弯曲限制单元12的第一端之间为可转动连接。通过第一安装插块111与第一安装插槽121之间的配合，给第一弯曲限制单元11的第一端与第二弯曲限制单元12的第一端之间的连接提供一个预连接，便于用于连接两者之前的连接件的安装，同时通过第一安装插块111和第一安装插槽121的配合可防止第一弯曲限制单元11与第二弯曲限制单元12在具体使用过程中发生前后位置的窜动，从而确保每一个弯曲限制构件1能够起到稳定的弯曲限制作用；第一安装插块111与第一弯曲限制单元11的第一端之间为可转动连接，实现了第一弯曲限制单元11与第二弯曲限制单元12之间的开合，便于安装和拆卸。

在此具体实施例中，第二弯曲限制单元12的第一端自前向后穿接有一连接轴2，连接轴与第二弯曲限制单元12的第一端之间为固定连接，第一安装插块111可转动地设置在连接轴2上。上述可转动连接结构简单，即能实现可转动连接，又能够确保第一弯曲限制单元11的第一端与第二弯曲限制单元12的第二端之间的稳定安装和连接。

在此具体实施例中，第二弯曲限制单元12的第一端预埋有一个安装螺母123，连接轴2上设置有与安装螺母123相配合的外螺纹，连接轴2螺接在安装螺母123上实现与第二弯曲限制单元12的第一端的固定连接。上述结构简单，通过预埋的安装螺母123实现连接轴2的稳定安装，安装拆卸方便。为了实现连接轴2的安装，第二弯曲限制单元12的第一端上设置有供连接轴2穿过的第一安装孔4，安装螺母123与第一安装孔4同轴设置。

在此具体实施例中，第二弯曲限制单元12的第二端设置第二安装插块122，第一弯曲限制单元11的第二端设置有与第二安装插块122相配合的第二安装插槽112，第二安装插块122插入安装在第二安装插槽112内且通过锁紧件锁紧固定。通过第二安装插块122与第二安装插槽112之间的配合，给第一弯曲限制单元11的第二端与第二弯曲限制单元12的第二端之间的连接提供一个预连接，便于锁紧件的安装，同时通过第二安装插块122和第二安装插槽112的配合可防止第一弯曲限制单元11与第二弯曲限制单元12在具体使用过程中发生前后位置的窜动，从而确保每一个弯曲限制构件1能够起到稳定的弯曲限制作用。

在此具体实施例中，锁紧件为杆部带有外螺纹的锁紧杆3，第二安装插块122上设置有前后贯通的供锁紧杆3穿过的锁紧通孔1221，第一弯曲限制单元11的第二端预埋有与外螺纹相配合的锁紧螺母113，锁紧杆3螺接在锁紧螺母113上实现锁紧固定。锁紧件采用带螺纹的锁紧杆3和预埋的锁紧螺母113的配合，结构简单，成本低，且安装拆卸方便。为了实现锁紧杆3的安装，第一弯曲限制单元11的第二端上设置有供锁紧杆3穿过的第二安装孔5，锁紧螺母113与第二安装孔5同轴设置。