一种用于处理海底管道悬跨的结构支撑装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种结构支撑装置，尤其涉及一种用于处理海底管道悬跨的结构 支撑装置，属于海洋装备技术领域。
【背景技术】
[0002] 海洋输油管道铺设过程中，海底水流运动对海床存在剪切力的作用，进而导致海 床地貌的改变。原本海底管道应与海床表面接触，但是因为海水冲刷使海床高度下降，管道 悬置起来形成悬跨。根据海洋冲刷动力学原理，海底冲刷的形成主要是因为在海底安装了 输油管道或者其他海底设施之后，打破了原有的海底流场动平衡，致使局部水流流速变快 或者变慢，使正常流动的水流形成流速梯度而出现剪切力作用于海床，导致冲刷现象产生； 铺设海底设施以后还会打破原有水动力平衡，使管道周围产生漩涡激流，从而加剧对海床 表面的冲刷作用，使悬跨不断增大，直到再次达到平衡状态。
[0003] 因为海底管道悬跨诱发的后果及其严重，悬跨会使输油管道承受额外的轴向应力 和疲劳载荷，一段时间后交变的疲劳载荷使管道表面出现裂纹，随着交变应力作用的时间 加长，管道裂纹不断增大，这种情况及其危险，管道会出现油气泄漏情况，给油气公司造成 经济损失的同时更加增加了环境负担，还会对海洋生物构成致命的威胁，严重威胁海底管 道的安全运营。
[0004] 例如普遍采用的类似中国专利(CN 101963257 A)的通过安放海底基座并用法兰 盘固定短粧达到支撑管道的方法，当悬跨高度在一段时间后发生变化时并不能起到有效的 支撑作用，甚至会增大管道所受的弯曲载荷。本专利所采用的方法虽然成本有所增加，但是 相比于海上施工的复杂程度和高风险投入，结构支撑法的优势也日益显现出来。只需要使 用R0V载体将支撑装置运送到准确地点，到达准确地点后通过脐带和一定的人工外力辅助 控制结构支撑装置的一系列动作。结构支撑装置对环境适应能力较强，随着海底管道悬跨 高度的变化，支撑腿的高度、张开角度独立控制改变，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。
【发明内容】
[0005] 本实用新型的目的是为了适用于管道最大直径介于280~520mm之间、水深< 60m、 管道悬跨高度1.2~2.4m、管道悬跨跨度< 30m的海底管道悬跨处理情况而提供一种用于处 理海底管道悬跨的结构支撑装置。
[0006] 本实用新型的目的是这样实现的：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。
[0007] 本实用新型还包括这样一些结构特征：
[0008] 1.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。
[0009] 2.所述三角形主支撑板上还设置有三个吊耳。
[0010] 3.所述管道定位半环是柔性管道定位半环。
[0011] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:本实用新型只需要使用R0V载体将支 撑装置运送到准确地点，到达准确地点后通过脐带和一定的人工外力辅助控制结构支撑装 置的一系列动作。结构支撑装置对环境适应能力较强，随着海底管道悬跨高度的变化，支撑 腿的高度、张开角度独立控制改变，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。本实用新型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，本实用新型适用于质地较硬的海床环境。本实用新型采用液 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，本实用新型 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。本实用新型实现了钢 管直径Φ 2:80~520.m.m、管道悬跨高度1.2~2.4m的管道悬跨支撑作业。结构支撑装置对环 境适应能力较强，随着海底管道悬跨高度的变化，支撑腿的高度、张开角度独立控制改变， 可以适应较多的海底地貌状况。虽然制造成本较高，但是相比于海上施工的复杂程度和高 风险投入，机械支撑法的优势也日益显现出来。
【附图说明】
[0012] 图1是本实用新型的主视方向结构示意图；
[0013] 图2是本实用新型的抓取机构的结构示意图；
[0014] 图3是本实用新型的俯视方向结构示意图；
[0015]图4是本实用新型的液压油路原理图；
[0016]图5是本实用新型的三维结构示意图。
【具体实施方式】
[0017] 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。
[0018] 结合图1至图5,本实用新型由防沉板1、腿部主伸缩缸2、侧向伸缩缸铰接环3、支撑 腿侧向伸缩缸4、吊耳5、头部液压系统箱6、主支撑板7、抓取机构提拉缸8、限位块9、管道定 位半环10、待抓取管道11、手爪12、抓取机构框架13、抓取机构连杆14、抓取机构推杆15、抓 取液压缸-爪连接件16、手爪驱动缸17、灌浆装置滑板18、灌浆袋机构液压缸19、灌浆平台连 杆20、灌浆袋储放盒21组成。
[0019] 具体的说本实用新型包括头部液压系统、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、管道定位半环、提拉缸、输油管道、吊耳等组件，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。抓取管道前由管道定位半环确定管道与抓取机构的距离，以便决定抓取的确切时机。 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。为了保证装置的长时间效用，在抓取提拉管道到达预定高度后又添加了 一个灌浆袋施放过程。
[0020] 三个腿部主伸缩缸2铰接在主支撑板7上，其下部安装有在一定范围内可调的防沉 板1;支撑腿侧向伸缩缸4一端铰接在主支撑板7上，一端铰接在侧向伸缩缸铰接环3上，腿部 主伸缩缸2配有两个支撑腿侧向伸缩缸4，确保有足够的作用力;抓取机构中的抓取液压缸-爪连接件16和手爪驱动缸17、抓取机构推杆15连接，驱动缸控制抓取机构的打开和闭合。抓 取管道前由管道定位半环10确定管道与装置的合适距离，决定适当的时间夹紧，当推杆15 与限位块9接触时处于夹紧位置，到达机构自锁位置，这时如撤去手爪驱动缸的驱动力，管 道也不会自行脱落，并且由手爪驱动缸的活塞端对这一位置进行限位;整个抓取机构可由 抓取机构提拉缸8进行短位置调动;提拉缸8-端固定在主支撑板7上；当抓取管道到预定高 度后，灌浆袋机构液压缸19的液压杆伸长，通过灌浆台连杆使灌浆袋储放盒摆动至平行于 海床面位置，然后通过抓取机构提拉缸8的二级液压缸控制灌浆装置滑板18向下运动至与 海床表面接触紧密。然后向灌浆袋内注入浆液，当灌浆袋足以撑起管道时停止灌浆。此装置 消除海底管道悬跨将机械支撑法与灌浆袋支撑法结合起来，有了各自的优点，长时间避免 了海底管道悬跨的产生。由于此装置重量在1.2吨左右，考虑到水下操作的可行性，装置下 水前在三个吊耳5上分别增设一个浮力箱降低整个装置的水中重力，然后通过R0V载体将装 置运送到指定悬跨发生地点。头部脐带可与母船脐带缆连接，并接收由母船提供的动力。
[0021] 液压系统:支撑腿的张开角度范围为0~60°，这个范围的控制元件为侧向伸缩缸， 每个支撑腿由两个侧向缸控制，这时对两侧向缸有同步性要求;支撑腿是主要的承力机构， 其上下伸缩缸对管道的提拉起到重要作用，并且每个缸对相应腿是单独作用的，以适应海 床复杂地形;抓取机构控制是由抓取液压缸实现，抓取机构本身具有自锁功能，为保证抓取 的可靠性，可对抓取缸油路设计锁紧回路;提拉缸的作用是上下移动抓取机构和导向机构， 并可对管道起到一定的提拉作用。灌浆袋投放部分有两个液压缸，一个控制灌浆台高度，一 个控制灌浆台杆部角度。综上所述可对执行元件(液压缸)分为五组:支撑腿上下伸缩缸、支 撑腿侧向伸缩缸、抓取缸和微调提拉缸、灌浆台控制缸。装置的整个液压系统被密封在头部 箱体之中，采用螺栓连接，且连接处用〇形圈密封，