一种三工作站式J型铺设系统的制作方法

本发明涉及海底管道和立管铺设技术领域，具体而言，特别涉及一种三工作站式j型铺设系统。

背景技术：

随着海洋资源开发不断朝着深水发展，深水海底管线铺设难度随之增大，同时对铺管船也提出更高的要求。目前海洋工程领域较为成熟的管线铺设方式有四种：s型铺设、j型铺设、卷筒铺设及拖曳铺设，其中，j型铺设通过j型塔将管线以接近垂直的状态铺设入水，减小管线入水处的弯曲应力和铺设过程中对管线的张力，具有良好的深水适应性，被认为是深水管线铺设最适用的方法。

目前，适用于深水和超深水海底管线铺设的重型j型铺管船主要包括两种形式，利用张紧器提供张力和利用管领提供张力，分别以意大利的saipem7000和美国的dvcbalder为代表。saipem7000铺管船利用张紧器夹持管线进行下放，采用2×4节点铺设形式，在j型塔上布置两个工作站，提高管线铺设效率。但是，由于两段四节点管段同时在j型塔上作业，j型塔高度较高，且为更安全进行待铺设四节点管段传输，其上传输设备尺寸和重量较大，增加整个铺设系统的重量，不利于j型铺设系统在j型塔上布置。dvcbalder铺管船采用1×6节点的铺设形式，布置一个工作站，焊接、无损检测、涂层作业依次进行，采用管领提供管线张力，可进行海底管道终端和海底管道管汇等关键设备的安装，并且管线下放过程相比张紧器更安全。但是，每一六节点管段需要在顶部焊接管领，制造工艺难度较大，提高铺设费用，且设置一个工作站效率低，降低铺设速度。

综上所述，虽然重型j型铺设更适合深水和超深水管线铺设，但是存在如下问题：

（1）、j型铺设系统重量大，对于布置一个或两个工作站的j型铺设系统，为提高其铺设效率，必须增加管段节数，这导致了j型塔较高，管段传送设备重量大，增加了j型铺设系统整体总体重量。

（2）、铺设效率低，在j型塔上无法同时进行焊接、无损检测及涂层作业，降低j型铺设效率，同时在一个工作站中布置多种设备，增加铺设工艺。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。有鉴于此，本发明需要提供一种通过布置三个管段工作站，实现三段两节点管同时进行焊接、无损检测和涂层作业，极大提高铺设效率，无损监测完成后可及时对焊接不合格部位进行补焊，简化铺设工艺同时降低铺设成本的三工作站式j型铺设系统。

本发明提供一种三工作站式j型铺设系统，包括：j型塔、管道输送装置、管道铺设装置和角度调节组件，所述j型塔与船体甲板转动连接，所述管道输送装置用于将待铺设管段由甲板上移动至所述j型塔内部，所述管道输送装置包括水平输送组件和垂直上管组件，所述水平输送组件铺设在甲板上，所述垂直上管组件包括设在所述甲板上的装载臂和设在所述j型塔上的管线电梯、转动臂和用于限制管段横向运动的垂向管轮；所述管道铺设装置设在所述j型塔上；所述角度调节组件的两端分别与所述j型塔和甲板铰接以对所述j型塔的角度进行调节。

根据本发明的一个实施例，所述管道铺设装置包括设在所述j型塔上的对中器、张紧器和多个管段工作站，所述对中器所述垂向管轮用于夹持管段并对中，所述张紧器为多个且均设在所述对中器的下方。

根据本发明的一个实施例，所述管段工作站为自上而下依次设在所述j型塔上的焊接工作站、无损检测工作站和涂层工作站。

根据本发明的一个实施例，所述角度调节组件包括与所述j型塔铰接的上支撑臂、与甲板铰接的下支撑臂和液压调节器，其中所述下支撑臂插接于所述上支撑臂中，所述液压调节器的两端分别与所述上支撑臂和所述下支撑臂连接，并对所述上支撑臂和所述下支撑臂之间的相对位置进行调节。

根据本发明的一个实施例，所述j型塔通过偏心座与甲板连接，其中所述偏心座固定在甲板上，所述j型塔与所述偏心座铰接。

根据本发明的一个实施例，所述角度调节组件的角度调节范围为85～120度。

根据本发明的一个实施例，所述j型塔的中段位置处设有多个对称设置的连接座，所述上支撑臂的顶部与所述连接座铰接。

根据本发明的一个实施例，所述上支撑臂和所述下支撑臂上均设有等距开设的定位销孔，且所述上支撑臂和所述下支撑臂通过至少四组销轴固定。

根据本发明的一个实施例，所述涂层工作站的下方设有固定在所述j型塔上的托管架。

本发明的三工作站式j型铺设系统的有益效果在于：

1、通过在j型塔上由上至下布置三个管段工作站，可同时进行焊接、无损检测和涂层作业，最大限度利用j型塔空间，提高铺设效率，其中管道对中及焊接前预热约需2分钟，焊接约需12分钟，焊接完成后通过张紧器将焊接完成的管段下放至无损检测工作站约需3分钟，在上述时间过程中，新的一根管段准备工作已完成，无损检测及涂层作业已完成，因此下放一两节点管段约需15分钟。设计三工作站式j型铺设系统理论铺设速度为：24.4×60×24÷15÷1000=2.34km/d，与现有技术设备的铺设速度相比,本发明的j型铺设系统铺设速度得到显著提升。

2、采用3×2节点铺设形式，在保证铺设效率同时，降低j型塔高度，同时对于两节点管段的传输，由于两节点24.4m管段重量轻，水平输送组件和垂直上管组件中各结构可相应简化，降低j型铺设系统总体重量，并且两节点管段传输过程中安全性较高。

3、在无损检测工作站中布置轻型焊接装置，对于无损检测不合格的焊缝，可进行补焊处理，简化铺设过程。

4、采用卡孔式角度调节组件，通过液压调节器收缩改变销轴位置，实现角度调节组件长度的变化，配合j型塔偏心座，在调节j型塔工作角度时，旋转过程更加平稳，易于改变j型塔工作角度，同时角度调节组件对j型塔的支撑起到温度作用，保证j型塔可向角度调节组件一侧旋转最大工作角度25°时正常工作，角度调节组件通过j型塔中部外伸结构的连接座与j型塔连接，减少j型铺设系统横向宽度，利于铺管船甲板布置。

5、j型塔工作角度范围为85°至120°，其中在j型塔底端增加托管架，保证j型塔在倾斜状态下，管线入水处弯曲应力在规定范围内，使铺设过程更加安全。

附图说明

图1是根据本发明的一种三工作站式j型铺设系统的主视图。

图2是根据本发明的一种三工作站式j型铺设系统的右视图。

图3是根据本发明的角度调节组件的部分结构示意图。

图4是根据本发明的角度调节组件的部分结构示意图。

附图标记：1-j型塔；2-管道输送装置；3-管道铺设装置；4-角度调节组件；11-偏心座；12-托管架；13-连接座；21-水平输送组件；22-垂直上管组件；31-对中器；32-张紧器；33-管段工作站；41-上支撑臂；42-下支撑臂；43-液压缸；44-定位销孔；45-销轴；221-装载臂；222-管线电梯；223-转动臂；224-垂向管轮；225-电梯轨道；331-焊接工作站；332-无损检测工作站；333-涂层工作站。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1至图4所示，根据本发明的一个具体实施例，一种三工作站式j型铺设系统包括：j型塔1、管道输送装置2、管道铺设装置3和角度调节组件4，j型塔1与船体甲板转动连接，管道输送装置2用于将待铺设管段由甲板上移动至j型塔1内部，管道输送装置2包括水平输送组件21和垂直上管组件22，水平输送组件21铺设在甲板上，垂直上管组件22包括设在甲板上的装载臂221和设在j型塔1上的管线电梯222、转动臂223和垂向管轮224，其中管线电梯222通过设在j型塔1上的电梯轨道225将管段提升至j型塔1顶部，转动臂223用于将管段转移至j型塔1内部；管道铺设装置3设在j型塔1上，其中管道铺设装置3包括设在j型塔1上的对中器31、张紧器32和多个管段工作站33，对中器31和垂向管轮224分别用于夹持管段并对中以及限制管段横向运动，对中器31包括设在j型塔1的多个外部对中器和内部对中器，张紧器32为多个且均设在对中器31的下方，其中管段工作站33为自上而下依次设在j型塔1上的焊接工作站331、无损检测工作站332和涂层工作站333；角度调节组件4的两端分别与j型塔1和甲板铰接以对j型塔1的角度进行调节。

本发明的三工作式j型塔铺设系统通过布置三个管段工作站33，实现三段两节点管同时进行焊接、无损检测和涂层作业，极大提高铺设效率，无损监测完成后可及时对焊接不合格部位进行补焊，简化铺设工艺同时降低铺设成本的三工作站式j型铺设系统。

如图2至图4所示，角度调节组件4包括与j型塔1铰接的上支撑臂41、与甲板铰接的下支撑臂42和液压调节器，其中下支撑臂42插接于上支撑臂41中，液压调节器43的两端分别与上支撑臂41和下支撑臂42连接，并对上支撑臂41和下支撑臂42之间的相对位置进行调节，在实际设计中液压调节器43采用液压控制的液压缸43，通过液压缸43活塞的伸缩，改变上支撑臂41与下支撑臂42之间的相对连接位置实现角度调节组件4的长度变化，继而调整j型塔的倾斜角度。

如图2所示，j型塔1通过偏心座11与甲板连接，其中偏心座11固定在甲板上，j型塔1与偏心座11铰接，其中通过偏心座11能更加稳定的调整j型塔1的倾斜角度，从而有效提高j型塔1的铺设质量和效率。

如图2至图4所示，角度调节组件4的角度调节范围为85～120度，其中在j型塔4底端增加位于涂层工作站333下方的托管架12，保证j型塔1在倾斜状态下，管线入水处弯曲应力在规定范围内，使铺设过程更加安全。

如图1所示，j型塔1的中段位置处设有多个对称设置的连接座13，上支撑臂41的顶部与连接座13铰接，以便于上支撑臂41和下支撑臂42之间相对位置的调整。

如图2至图4所示，上支撑臂41和下支撑臂42上均设有等距开设的定位销孔44，且上支撑臂41和下支撑臂41通过至少四组销轴45固定，即在上支撑臂41和下支撑臂42的两侧等间距开设有多个定位销孔44，在j型塔1角度调整到位后，将至少四组销轴45插入相应的定位销孔44中，从而使上支撑臂41和下支撑臂42两者之间的连接更加稳定牢固。

如图1至图4所示，本发明的三工作式j型铺设系统的工作原理如下：

铺设管道之前，根据铺设海域的海洋环境，通过角度调节组件4调节j型塔1的倾斜角度，以满足管道铺设要求，减小入水管道的曲率和张紧力，保证管道顺利的进行铺设作业，角度调节组件4工作时，先打开上支撑臂41上的销轴45，然后收缩液压缸43活塞长度，此时j型塔1和上支撑臂41绕j型塔1底部的偏心座11旋转，之后插入上支撑臂41上的销轴45，打开下支撑臂42上的销轴45，伸长液压缸43活塞至初始位置，完成后插入下支撑臂42上的销轴45，此时一次角度调节完成，其中根据实际要求的工作角度，依次重复上述操作至j型塔1处于要求角度。

j型铺设所需要的两节点管段首先在陆地上加工好，然后通过运输船运送到铺管船附近，由铺管船上的起重机将加工好的管段吊至管段储存区，管段铺设过程中，通过铺管船上的吊机将待铺设管段吊运至水平输送组件21上，此时装载臂221处于水平状态，且其上的液压夹具与水平输送组件21的水平滚轮处于同一水平线上，由水平滚轮将待铺设管段送至装载臂221的夹具内，装载臂夹具夹紧两节点管段，装载臂221绕其底座转轴旋转至与j型塔1平行位置，完成待铺设管段由水平至竖直状态的旋转。

待装载臂221旋转至与j型塔1平行位置，由管线电梯222上夹具夹持待铺设管段，装载臂221上的夹具松开，装载臂221回到水平位置准备下一根管段的传输，管线电梯222沿其电梯轨道225上升至j型塔1顶部，由转动臂223夹持管段，管线电梯222上夹具松开管段，并沿电梯轨道225向下移动至j型塔1底端，准备下一根管线的传输，转动臂223夹持待铺设两节点管段旋转至j型塔1内部，由外部的对中器31和垂向管轮224夹持管段，转动臂223旋转回j型塔1外部。

外部对中器31上夹具向下移动，带动待铺设管段向下移动至对中器31下方第一个张紧器32处，由张紧器32夹持管段进行下放至焊接工作站331内，通过内部和外部对中器31的共同作用，完成待铺设管段和已完成焊接管段的对中工作，并在焊接工作站331内完成焊接工作，完成焊接后，在张紧器32夹持下，下放管段，在管段下放过程中，垂向滚轮224起到限制管段横向运动的的作用。

通过张紧器32的夹持，管段焊接处刚好下放至无损检测工作站332中进行无损检测，此时新的一根待铺设管段在焊接工作站331内进行焊接工作，待完成后，完成无损检测的焊接处通过张紧器32下放至涂层工作站333，并在涂层工作站333内进行涂层作业，此时由于管段持续传输，焊接工作站331和无损检测工作站332同时作业，完成涂层作业后，在三个张紧器32作用下，管段经过托管架12入水，完成铺设，依次重复上述操作，保证三个工作站一直处于工作状态，提高铺设效率。

上述装载臂221、管线电梯222、转动臂223、垂向滚轮224、张紧器32、液压缸43、液压夹具、焊接设施、无损检测设施、涂层设施、外部对中器均为现有技术，不在赘述。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。