專利名稱：海底管線安裝張緊裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海底管線安裝張緊裝置，主要在海底管線安裝中使用， 其中用于運輸碳?xì)浠衔?油、氣體等)的管線鋪設(shè)在海床上。
背景技術(shù)：
張緊裝置在海底管道鋪設(shè)領(lǐng)域是眾所周知的，張緊裝置通常具有 支承下水的管線的重量的任務(wù)。張緊裝置用于許多管道鋪設(shè)技術(shù)，例
如S形鋪設(shè)方法、巻軸鋪設(shè)方法、J形鋪設(shè)方法。張緊裝置具有大的"載
荷保持能力"并且在該領(lǐng)域中具有數(shù)十公噸的載荷保持能力、甚至高于
100公噸的載荷保持能力對于張緊裝置來說并不罕見。張緊裝置的一 個例子在US6，394，445 (Itrec )中公開。
在一個已知的海底管線安裝張緊裝置實施例中，包括張緊裝置框 架和安裝在所述框架中的多軌道單元。軌道單元的數(shù)目通常與載荷保 持能力和/或管線類型適應(yīng)，并且通常的張緊裝置設(shè)計包括兩個、三個 或四個軌道單元(或者可能各種不同數(shù)目的軌道單元)。每個軌道單元 包括環(huán)形軌道、底盤、支承輥或其它安裝在底盤上用于支承環(huán)形軌道 的軸承裝置，以及一個多軌道驅(qū)動/制動構(gòu)件，用于實現(xiàn)軌道的驅(qū)動和 /或制動運動。通常當(dāng)軌道具有在所述管線外部上接合的摩擦襯墊時， 該軌道適應(yīng)性地在管道的外部上接合。
已知將每個軌道單元布置成在相關(guān)聯(lián)的框架內(nèi)可動，使得軌道之 間的"間隙"可以適合于不同的管線直徑，并且可能允許軌道單元的"寬 闊打開"位置，其中大的制品(例如，裝配在管線中或管線上的附件， 像管線連接器)可以經(jīng)由張緊裝置通過。
在US 6,394,445中公開以便提供在張緊裝置的框架和每個軌道單 元之間的液壓缸，以在軌道和管線外部之間產(chǎn)生"擠壓壓力"，需要該"擠壓壓力"以便在摩擦作用的基礎(chǔ)上保持管線并且還允許軌道單元移 動以適應(yīng)管線的直徑?？梢岳斫獾氖牵诠芫€和軌道之間所需的"擠壓 壓力"是非常重要的，因為最終的摩擦力可能需要幾十公噸，或者甚至 超過一百公噸。對于張緊裝置的非常大的管線重量支承能力的期望例 如源于在深海中開發(fā)油田和氣田的期望，在該處水的深度(并因此由 張緊裝置支承的下水的管線的長度，或者串聯(lián)的多個張緊裝置)可以
大于500米，或者甚至超過1000米。
在鋪管船裝備有包括一個或多個張緊裝置的海底管道鋪設(shè)系統(tǒng)的 情況下，待下水的管線可以進(jìn)行相當(dāng)大的改變，也就是說針對管線性 能(剛性管線或柔性管線、涂敷的或非涂敷的、巻繞的或非巻繞的， 等)。因此，存在對于張緊裝置能夠處理大范圍的不同管線(可能裝配
具有比管線本身更大的橫截面的附件)的需求。
已經(jīng)證明現(xiàn)有技術(shù)的張緊裝置相對于其應(yīng)用范圍而言受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提出一種用在海底管道鋪設(shè)領(lǐng)域中的改進(jìn)的海底 管線張緊裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明通過提供一種海底管線張緊裝置 實現(xiàn)上述目的，其中每個軌道單元通過在軌道單元的每個底盤和張緊 裝置的框架之間具有多個平行連桿的平行連桿系統(tǒng)而布置成在相關(guān)聯(lián) 的框架內(nèi)可動。這種系統(tǒng)也被認(rèn)為是平行連接件系統(tǒng)或平行連接件機(jī) 構(gòu)。
優(yōu)選的是，平行連桿分別連接到所述底盤的任一端附近的底盤上。 更優(yōu)選的是， 一個或多個另外的平行連桿在一個或多個中間位置 連接到底盤，最優(yōu)選的是在底盤的中間區(qū)域。這允許在中間對底盤進(jìn) 行附加的支承，以便防止在中間區(qū)域中軌道單元底盤的不適當(dāng)?shù)膹澢?這樣具有的優(yōu)點是，防止由軌道施加到正在鋪設(shè)的管線上的不均勻的
擠壓壓力。例如，這在鋪設(shè)柔性管線時是需要的，柔性管線對于在管 道鋪設(shè)期間施加在其上的過多的壓力敏感。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在位于底盤端
5部的平行連桿之間中沒有 一 個或多個附加平行連桿時，底盤將需要設(shè) 計成極端堅硬的，這樣不適當(dāng)?shù)卦黾恿说妆P的重量，如果如本文所說 明期望的那樣，也不允許使底盤更柔韌。
優(yōu)選的是，致動器，優(yōu)選液壓缸，布置在框架和軌道單元的底盤 之間。這種致動器可被稱為擠壓致動器。例如，其它致動器的設(shè)計可 以是螺桿致動器，所述螺桿致動器已經(jīng)用于管線張緊裝置。
在優(yōu)選實施例中，在軌道單元底盤和框架之間沿底盤的長度的間 隔位置設(shè)有多個致動器，其中控制裝置與所述致動器相關(guān)聯(lián)，所述致 動器允許獨立控制由所述致動器施加在底盤上的力。在最優(yōu)選的實施 例中，在軌道單元底盤和框架之間在沿底盤的長度間隔開的位置處設(shè) 有至少三個致動器。這允許對于底盤的每個區(qū)域或多或少地獨立控制 由張緊裝置軌道施加到管線上的實際擠壓壓力，致動器在所述底盤上 的每個區(qū)域接合。當(dāng)采用三個致動器時，例如這允許在底盤的中間區(qū) 域中以不同等級設(shè)置擠壓壓力，那么在軌道之間保持的管線的長度上 所施加的擠壓壓力的兩個控制是非常有利的(一方面鑒于所需的或所 要求的"保持能力，，以及另一方面鑒于在管線(或其涂層等)上的擠壓 壓力的效果)。
還優(yōu)選的是，所述致動器是液壓缸，且其中所述控制裝置是液壓 控制裝置，所述液壓控制裝置允許獨立控制每個汽缸內(nèi)的壓力。
可以想象，對于支承軌道單元底盤的每個平行連桿都設(shè)有致動器。 優(yōu)選的是，所述致動器在平行連桿的連接點附近在底盤上接合。
對于在管線上的壓力的準(zhǔn)確控制，優(yōu)選的是，平行連桿與底盤(和 /或框架)或擠壓致動器與底盤(和/或框架)的一個或多個連接，優(yōu) 選每個連接，設(shè)有用于測量在所述位置施加的實際的力的載荷元件， 且其中由此獲得的力信號送到控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)允許控制在管線 上的張緊裝置的相關(guān)聯(lián)的區(qū)域中的擠壓壓力。
優(yōu)選的是，張緊裝置具有環(huán)形框架，所述環(huán)形框架包括多個沿張 緊裝置的軸向間隔的環(huán)形框架構(gòu)件，且通過另外的優(yōu)選軸向延伸的框 架構(gòu)件互連。優(yōu)選的是，張緊裝置框架如此設(shè)計，使得張緊裝置可以被打開。 在優(yōu)選實施例中，所述張緊裝置框架包括基部部件和兩個可樞轉(zhuǎn)
的框架部件，所述基部部件例如橫截面基本為u形， 一個或多個軌道
單元已經(jīng)安裝在所述基部部件上，所述兩個可樞轉(zhuǎn)的框架部件每個都 可圍繞鉸鏈軸線轉(zhuǎn)動，例如一系列可樞轉(zhuǎn)的框架部件通過連接構(gòu)件是 可互連的/可拆除的，所述連接構(gòu)件例如是銷，所述連接構(gòu)件在自由端 中通過對齊的開口裝配。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了海底管線安裝張緊裝置，其中在 軌道單元底盤和框架之間在沿底盤的長度間隔開的位置處設(shè)有至少三 個致動器，且其中控制裝置與所述致動器相關(guān)聯(lián)，所述致動器允許獨 立控制由底盤上的所述致動器施加的力。上述布置的優(yōu)點已經(jīng)通過用 于一個實施例進(jìn)行說明，其中平行連桿用在軌道單元底盤和框架之間。 其它相對于框架支承底盤的設(shè)計，例如像相對于底盤和管線軌跡以直 角的方式布置的滑動件或可伸縮的結(jié)構(gòu)也是可以的。然而已知平行連 桿優(yōu)選的是例如其堅固性和可靠性。


包括本發(fā)明兩個方面的具有發(fā)明性的張緊裝置的一個優(yōu)選實施例 現(xiàn)在將參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。
在附圖中
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的張緊裝置的優(yōu)選實施例的側(cè)視圖； 圖2a、 b、 c示出了當(dāng)處理最小的管線時圖1的張緊裝置的側(cè)視圖 和沖黃截面圖3a、 b、 c示出了當(dāng)處理最大的管線時圖1的張緊裝置的橫截面
圖4a、 b、 c示出了當(dāng)張緊裝置軌道完全間隔開時圖1的張緊裝置 的橫截面圖；和
圖5a、 b示出了處于打開狀態(tài)的圖1的張緊裝置，以便分別允許 管線的引入/移除、大物品的通過。
具體實施例方式
在圖l-5中，示出了根據(jù)本發(fā)明的張緊裝置40的優(yōu)選實施例。該 張緊裝置以豎直方向示出，但是也可以用在其它方向，例如在本領(lǐng)域 內(nèi)公知的傾斜的和水平的方向，或者用在可傾斜的結(jié)構(gòu)中。
張緊裝置40包括張緊裝置框架41和多個(這里是四個)由所述 張緊裝置框架41支承的軌道42。該示例性張緊裝置40的尺寸可以通 過圖4a理解，圖4a示出了在張緊裝置的框架上站立的操作者。
這里示出的設(shè)計中的框架41為環(huán)形框架類型，這里通常包括多個 環(huán)形框架構(gòu)件41a，所述多個環(huán)形框架構(gòu)件41a沿張緊裝置40的軸向 間隔，并通過另外一個(通常軸向延伸的)框架構(gòu)件41b互連。
這里，框架41的外部輪廓大致為正方形，但是也可能使用其它形 狀，像(例如用于兩個張緊裝置的)矩形或(當(dāng)采用三個軌道時的) 三角形。
在此處示出的設(shè)計中，張緊裝置框架41如此設(shè)計，使得張緊裝置 可以打開(參見圖5a、 b),以便管線側(cè)部進(jìn)入張緊裝置和/或從張緊 裝置移除。在該設(shè)計中，框架41包括基部部件41c和兩個可樞轉(zhuǎn)的框 架部件41d、 e，這里基部部件41c的橫截面基本上是U形，這里兩個 軌道單元已經(jīng)安裝在基部部件41c上。上述部件的每個都可繞一系列 對齊的鉸鏈47a、 b旋轉(zhuǎn)，所述鉸鏈47a、 b布置在環(huán)形框架構(gòu)件中。 可樞轉(zhuǎn)的框架部件41b、 c的自由端可通過連接構(gòu)件48 (例如銷)可 互連/可拆卸，所述連接構(gòu)件48可以在自由端通過對齊的開口裝配。
在該設(shè)計中，每個可樞轉(zhuǎn)的框架部件41d、 e可以如此樞轉(zhuǎn)，使得 可樞轉(zhuǎn)的框架部件完全從其動作位置移動，以便在框架41的基部部分 "前面"產(chǎn)生開口空間或清除封裝部分49。作為優(yōu)選，框架部件41d、 e 可以向外樞轉(zhuǎn)超過90度。
每個軌道42b (這里基本上每個都是攜帶鏈元件的互連的摩擦襯 墊的環(huán)形鏈，所述環(huán)形鏈圍繞在底盤的每端處的鏈支承端部輥引導(dǎo)) 在這里形成軌道單元42的部分。這種軌道單元42包括結(jié)實的底盤42a、支承輥或其它安裝在其上的用于環(huán)形軌道的軸承裝置，以及一個 或多個軌道運動控制構(gòu)件43，所述軌道運動控制構(gòu)件43用于實現(xiàn)相 關(guān)聯(lián)軌道的受控運動(即通常是軌道的驅(qū)動和/或制動和/或反向運 動)。在該例子中，使用一個或多個液壓電機(jī)43，所述電機(jī)在張緊裝 置的一端控制軌道輥的運動，所述軌道輥與軌道嚙合。
這里，每個軌道單元42通過在底盤42a和張緊裝置的框架41之 間具有平行連桿53的平行連桿系統(tǒng)布置成在相關(guān)聯(lián)的框架41內(nèi)可動。 支承軌道單元底盤的所述桿53具有附接到框架和底盤的樞軸，并在所 述樞軸之間具有相同的長度。另外，所述桿53如此布置，使得對于桿 的每個位置都是平行的。
在該優(yōu)選實施例中，軌道單元42的底盤42a通過在框架41中的 平行連桿53支承，不僅在其軸向端(在該方向中是下端和上端)并且 在一個或多個中間位置支承，這里是在底盤42a的中間位置支承。這 種通過一個或多個底盤42a的中間平行連桿提供的附加支承，可防止 軌道單元底盤42a在中間區(qū)域中的不適當(dāng)?shù)膹澢?，并因此防止了由?在鋪設(shè)的管線上的軌道42b施加的不均勻的壓力。例如，這種情況當(dāng) 鋪設(shè)柔性管線時是期望的，所述柔性管線對由局部施加過多的壓力造 成的損壞是敏感的。
甚至可以想象，所述一個或多個中間的平行連桿設(shè)計成(例如在 其一端)是分離的，以便允許多個張緊裝置的底盤42a的撓度。例如， 當(dāng)鋪設(shè)剛性管線時這是有利的，例如在下文中說明的，人們也可以通 過對相關(guān)聯(lián)的一個或多個液壓致動器的合適的控制/移除，來減小或消 除在底盤42a的所述中間區(qū)域中的任何液壓力。
優(yōu)選的是，每個連桿通過連接銷在其端部分別連接到框架和底盤， 優(yōu)選的是可拆卸的銷，以便允許連桿(至少是用于中間布置的連桿) 脫離連接。
優(yōu)選的是，如在本例中，在底盤42a的每個支承位置，兩個鄰近 的平行連桿53在框架41和底盤42a之間延伸。
一組一個或多個致動器，這里是液壓缸44，可以實現(xiàn)軌道單元的移動，并因此允許在軌道42b之間的間隙的改變，以及在管線上施加 壓力以實現(xiàn)所需的摩擦力。
作為優(yōu)選，汽缸44已經(jīng)放置在每個位置處，在所述位置，底盤 42a通過平行連桿53連接到框架。這樣允許設(shè)定壓力，軌道42b通過 該壓力與用于沿底盤長度的每個區(qū)域的管線相接合(這里是牽引端區(qū) 域和中間區(qū)域)。另外，這也允許控制每個軌道單元的彎曲動作。
優(yōu)選的是，當(dāng)在管線上接合時，將平行連桿53布置成面向上(或 與由下水的管線施加的拉力相反)朝向張緊裝置的中心線。這引起軌 道42b在管線上某種程度上的"自夾緊"。值得注意的是，實際上，多 數(shù)的夾持力通過液壓缸44獲得，使得對所施加的液壓的準(zhǔn)確控制導(dǎo)致 對夾持壓力的控制。
可以想象，平行連桿53與底盤42a (和/或框架)的每個連接或者 致動器連接到用于測量在所述位置施加的實際的力的載荷元件。在該 例子中通過獨立調(diào)整每個汽缸中的壓力，然后該力信號可以用于控制 在張緊裝置的相關(guān)聯(lián)區(qū)域中的擠壓壓力(這里是指在端部區(qū)域和在中 間區(qū)域中)。
優(yōu)選的是，每個液壓缸設(shè)有壓力傳感器，所述壓力傳感器檢測在 所述汽缸內(nèi)的實際壓力，所述傳感器集成在所述張緊裝置的液壓控制 系統(tǒng)中。
優(yōu)選的是，閥安裝件與每個汽缸相關(guān)聯(lián)，以便控制在所述汽缸內(nèi) 的壓力。
可以想象，每個與作為底盤的特定區(qū)域(例如端部和/或中間區(qū)域) 相關(guān)聯(lián)的液壓缸可以通過合適的液壓控制系統(tǒng)獨立控制，以便控制在 管線上的張緊裝置的所述區(qū)域中施加的壓力。
人們也可以想象一個實施例，其中例如與張緊裝置的中間區(qū)域相 關(guān)聯(lián)的所述一個或多個液壓缸是不可動的/可移動的，使得當(dāng)優(yōu)選多種 底盤的撓度用于處理管線，例如，以便當(dāng)鋪設(shè)具有在制造過程中由于 公差導(dǎo)致的各種不同變化直徑的剛性和/或經(jīng)涂敷的管道時，沒有液壓 力施加到所述區(qū)域中。底盤的撓度允許管線的更厚的部分通過，且不會在管線上施加不合適的應(yīng)力。
另外優(yōu)選的是，在張緊裝置中提供位置檢測裝置，以便能夠檢測 至少一個軌道單元的位置?？梢韵胂螅谝唤M相對的軌道單元中，使 用位置檢測以使一個軌道保持在固定位置，其中相對的軌道操作成可 動的，并根據(jù)在管線上施加的壓力進(jìn)行控制。清楚的是，當(dāng)增加上述 壓力時，所述"被控制的位置"然后根據(jù)位置控制進(jìn)行修正。這允許將 管線保持在預(yù)期的管線軌跡，并避免不期望的在管線上不均勻的加載。
權(quán)利要求
1. 海底管線安裝張緊裝置，包括張緊裝置框架和安裝在所述框架中的多軌道單元，其中，每個軌道單元包括環(huán)形軌道、底盤、軸承裝置，例如支承輥等，所述軸承裝置安裝在所述底盤上用于支承所述環(huán)形軌道，和一個多軌道運動控制構(gòu)件，用于實現(xiàn)軌道的受控運動，其中每個軌道單元布置成在相關(guān)聯(lián)的框架內(nèi)可動，其特征在于，每個軌道單元通過在軌道單元的底盤和張緊裝置的框架之間具有平行連桿的平行連桿系統(tǒng)而布置成在相關(guān)聯(lián)的框架內(nèi)可動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的張緊裝置，其中平行連桿分別連接到鄰 近所述底盤的任一端的軌道單元的底盤上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的張緊裝置，其中一個或多個另外的平行 連桿在底盤的中間位置連接到底盤，使得軌道單元的所述底盤至少在 其兩端區(qū)域中以及在中間區(qū)域中通過每個所迷平行連桿支承。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中一項或多項所述的張緊裝置，其中致動器， 優(yōu)選是液壓缸，布置在框架和軌道單元的底盤之間。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中一項或多項所迷的張緊裝置，其中在軌道 單元底盤和框架之間沿底盤的長度的間隔位置處設(shè)有多個致動器，其 中控制裝置與所述致動器相關(guān)聯(lián)，所述致動器允許獨立控制由所述致 動器施加在底盤上的力。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中一項或多項所述的張緊裝置，底盤(和/ 或框架)上的平行連桿或底盤(和/或框架)上的致動器設(shè)有用于測量 在所述位置處施加的實際的力的載荷元件，其中由此獲得的力信號送 到控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)允許控制在管線上的張緊裝置的相關(guān)聯(lián)的區(qū) 域中的擠壓壓力。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的張緊裝置，其中所述致動器是液壓 缸，其中所述控制裝置是液壓控制裝置，所述液壓控制裝置允許在每 個汽缸內(nèi)獨立控制壓力。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5-7任一項所述的張緊裝置，其中致動器與支承所述底盤的每個平行連桿相關(guān)聯(lián)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的張緊裝置，其中所述致動器在平行連桿 的連接點附近在底盤上接合。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中一項或多項所述的張緊裝置，其中張緊 裝置具有環(huán)形框架，所述環(huán)形框架包括多個沿張緊裝置的長度間隔的 環(huán)形框架構(gòu)件，且通過另外的優(yōu)選軸向延伸的框架構(gòu)件互連。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中一個或多個所述的張緊裝置，其中張緊 裝置框架如此設(shè)計，使得張緊裝置框架可以被打開，用于管線側(cè)部進(jìn) 入到張緊裝置內(nèi)和/或管線從張緊裝置移除。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的張緊裝置，其中張緊裝置框架包括基 部部件和兩個可樞轉(zhuǎn)的框架部件，所述基部部件例如橫截面基本為U形， 一個或多個軌道單元已經(jīng)安裝在所述基部部件上，所述兩個可樞 轉(zhuǎn)的框架部件每個都可圍繞鉸鏈軸線轉(zhuǎn)動，例如一系列對齊的鉸鏈布 置在環(huán)形框架構(gòu)件中，其中可樞轉(zhuǎn)的框架部件的自由端通過連接構(gòu)件 是可互連的/可拆除的，所述連接構(gòu)件例如是銷，所述連接構(gòu)件在自由 端中通過對齊的開口裝配。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中一個或多個所述的張緊裝置，其中設(shè)有 位置檢測裝置，以檢測至少一個軌道單元在框架內(nèi)的位置。
14. 海底管線安裝張緊裝置，包括張緊裝置框架和安裝在所述框 架中的多軌道單元，其中每個軌道單元包括環(huán)形軌道、底盤、軸承裝 置，例如支承輥等，所述軸承裝置安裝在所述底盤上用于支承所述環(huán) 形軌道，和一個多軌道運動控制構(gòu)件，用于實現(xiàn)軌道的受控運動，且 其中每個軌道單元布置成在相關(guān)聯(lián)的框架內(nèi)可動，其特征在于，在軌 道單元底盤和框架之間在沿底盤的長度間隔開的位置處設(shè)有至少三個 致動器，其中控制裝置與所述致動器相關(guān)聯(lián)，所述致動器允許獨立控 制由底盤上的所述致動器施加的力。
15. 海底管線安裝船，包括根據(jù)前述權(quán)利要求中一個或多個所述 的張緊裝置。
全文摘要
海底管線安裝張緊裝置(40)，包括張緊裝置框架(41)和安裝在所述框架中的多軌道單元(42)，其中每個軌道單元包括環(huán)形軌道(42b)、底盤(42a)、支承輥或其它安裝在其中用于環(huán)形軌道的軸承裝置，以及一個多軌道驅(qū)動/制動構(gòu)件，用于實現(xiàn)軌道的驅(qū)動和/或制動運動，且其中每個軌道單元布置成在相關(guān)聯(lián)的框架內(nèi)可動。每個軌道單元通過在軌道單元的底盤和張緊裝置的框架之間具有平行連桿(53)的平行連桿系統(tǒng)而布置成在相關(guān)聯(lián)的框架內(nèi)可動。
文檔編號F16L1/23GK101484739SQ200680055275
公開日2009年7月15日 申請日期2006年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月12日
發(fā)明者E·羅邁恩, J·羅登伯格, S·范艾德 申請人:Itrec有限責(zé)任公司