專利名稱：海底j形管線敷設系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用來在船只上鋪設海底管線的海底J形管線敷設系統(tǒng)。特別是，本發(fā)明涉及這樣一種管線敷設系統(tǒng)，其中J形塔臺被支承在相關的支承裝置上，此裝置可以讓J形塔臺相對于船只轉動。
以往有一些J形管線敷設船只，其中J形塔臺被固定在船只上。在另一些船只中，J形塔臺被支承在支承裝置上，使得J形塔臺可以轉動，因而可將J形塔臺置于所需的方位并固定在此方位。在這類船只中，J形塔臺，因而連同管線，將要經受海面狀態(tài)引發(fā)的船只運動。由于船只往往很大，有時是半浸水的，故在很多情況下海面狀態(tài)引發(fā)的船只運動不成為問題。
US 3 581 506公布了一種遠未被廣泛認同的原先的設計，它根據的是本發(fā)明權利要求1的導言。在這種先前的船只中，J形塔臺是用萬向架固定的，因而可以在任何方向作自由轉動。因而船只的左右搖晃和前后顛簸不會在管線內產生額外的應力。在US 3 851 506中，建議用由操作員控制的起重機來將新的管段裝載到J形塔臺內。
本發(fā)明的目標是提供一種用在船只上的改進海底J形管線敷設系統(tǒng)。本發(fā)明的一個目的是，在鋪設管線過程中讓管線所受的應力很小，即使當船只比較小，且因此而經受較大的海面狀態(tài)引發(fā)的船只運動時。本發(fā)明的另一個目的是，提供一種高效率的管線敷設系統(tǒng)。本發(fā)明還有一個目的是，高效而可靠地將新管段裝到J形塔臺內。本發(fā)明再有一個目的是，提供用于J形管線敷設系統(tǒng)的新型管段裝料器。
本發(fā)明按權利要求1的導言提供一種海底J形管線敷設系統(tǒng)，其特征是管段裝料器帶有自動同步系統(tǒng)，當管段裝料器從其裝載位置移至直立位置時，將使管段裝料器相對于處在自由轉動狀態(tài)的J形塔臺產生同步轉動(最遲在管段裝料器到達直立位置時)，使得在J形塔臺處于自由轉動狀態(tài)時，新管段可以垂直于管段支承和對準裝置。
通過這種方法，可以在J形塔臺相對于船只作自由轉動的同時裝載新的管段，這在以前是通過將很多個管線長度組合到J形塔臺內而實現(xiàn)的。在US 3 581 506中不提供管段裝料器與J形塔臺的自動同步，因此起重機操作人員不得不操縱起重機來獲得同步的運動。這很難甚至不可能做到，而且很危險，因為操作人員的任何失誤將造成裝料器與搖晃的J形塔臺之間發(fā)生碰撞。
利用本發(fā)明將可以采用比較小的船只作為管線敷設船只，所以現(xiàn)在J形塔臺的方位，即使在新管段裝入J形塔臺的那一時刻也不受海面狀態(tài)引發(fā)的船只運動的影響。
應該指出，本發(fā)明還包括一些設計，其中J形塔臺在需要時可以處在固定方位狀態(tài)，這可通過使J形塔臺相對于船只停留在所需方位等來實現(xiàn)。還可以設想提供減振裝置，來讓J形塔臺在自由轉動狀態(tài)的轉動減振。另外，作為另一種實施例，可以將J形塔臺安置成相對于船只用萬向架固定，以便在任意方向轉動，這樣J形塔臺就有兩個角向自由度。
本發(fā)明系統(tǒng)的另一些優(yōu)良實施例將在下面的權利要求書和說明中予以介紹。
按照本發(fā)明的系統(tǒng)還可用于海洋鉆探船等其它的場合，其中鉆探纜索操縱塔臺可以自由轉動，且鉆探纜索元件被裝入鉆探纜索操縱塔臺內。相似的應用還有與海洋船只相連的升降機等。這些應用由權利要求21說明。
各附圖中

圖1表示按照本發(fā)明提供的裝有管線敷設系統(tǒng)的船只一部分的側視圖，圖2表示圖1的船只，這時管段裝料器處于中間朝上的位置，圖3表示圖1和圖2的船只，這時管段裝料器處于與J形塔臺對齊的直立位置，圖4表示從另一側看到的圖1-3的船只和管線敷設系統(tǒng)，圖5是圖1-4的管段裝料器詳細側視圖，其中裝料器處在裝載位置和直立位置，圖6是從上面看到的圖1-4的管段裝料器，裝料器處于裝載位置，圖7是圖5，6的裝料器的另一側視圖，此裝料器處于直立位置，圖8a-e是按照圖1-7的管段裝料器的運動學原理示意圖。
圖1-4表示具有甲板2的海洋船只1，甲板上安裝了按照本發(fā)明的海底J形管線敷設系統(tǒng)10，用來鋪設海底管線11。圖1-3只顯示甲板2以上的船只1的部分。從圖4看到的管線11是從船只1的一個側面投放的，但也可以是其它位置，如船尾或船頭，或者通過船體內的通道(如月池)。應該指出，船只可以是任何結構，如半浸水的，躉船，等等。
系統(tǒng)10包括J形塔臺12，在圖示的實施例中，J形塔臺有上塔臺結構12a和下塔臺結構12b。在此實施例中，下塔臺12b可以通過它上端的傾斜部件12c，在下方操縱位置與基本水平的裝載位置之間，相對于上塔臺結構12a傾斜，以便不與船只1的系船具等相干擾。
這里的塔臺結構12有管線支承裝置，后者在這兒是固定或掛斷夾頭20(見圖4)，用來支承原先投放的管線11的重量。也可以是其它的掛斷裝置，例如把裝置懸掛在從船只絞盤放出的纜索上的裝置。
還為塔臺結構12a提供了活動夾頭21和相關的提升裝置(絞盤22和纜索23)。在將新管段裝到管線11上時，活動夾頭21連至它的上端，以便利用活動夾頭21將固定夾頭20松開并使管線11降低。
這里的下部結構12b包括管線導向裝置8，例如引導管線11的滾輪，或用來把襯板加到各管段連接處的工作站9。
必須指出，本發(fā)明不限于任何特定的J形塔臺結構。塔臺12可包括伸至水中的支架(用來引導管線)，具有活動管線夾頭的裝置(可移至固定夾頭下面)，等等。塔臺還可以具有任何的結構設計，例如支承桁架結構，或具有基本封閉的壁的支架。
為將新管段14連到先前投放的管線11的最上端，提供了管線連接站24。連接站24可以是任何結構，依連接類型而定。該站24一般是準備將新管段14焊到管線11上。
在船只1的甲板2上安裝了加高支承30，具體在這兒是具有兩條腿和支承桁架的A形框架。J形塔臺12通過J形塔臺支承裝置40連接到該支承30的上部。
參見圖4-7，在此例中，支承裝置40包含萬向接頭部件40，它具有萬向接頭元件41，后者被相對于船只1上的支承30圍繞第一樞軸線樞接。此例中第一樞軸線42平行于船只1的縱軸。
這個J形塔臺12(在圖6中只能看見兩個平行的支柱)可圍繞第二樞軸線44相對于萬向接頭元件41轉動。因而J形塔臺12可相對船只1在任何方向轉動。
J形塔臺12具有自由轉動狀態(tài)，此時J形塔臺可相對于船只1自由轉動，因而J形塔臺具有一個基本與海面狀態(tài)引發(fā)的船只運動無關的方位。這使得該塔臺12具有可與管線11對齊的優(yōu)點，因此管線11上的應力比在現(xiàn)有管線敷設系統(tǒng)中要低，在現(xiàn)有管線敷設系統(tǒng)中，J形塔臺被固定在船只上所需的位置，盡管在以前那些船只中角向位置可以調整到與所處情況(管線直徑，水深等)相適應。
該圖顯示一種管段裝料器50的優(yōu)選實施例。它利用在自由轉動狀態(tài)下的J形塔臺12，將新管段14裝載到J形塔臺12內，下面將參照圖1-8作詳細說明。
如圖1-3所示，管段裝料器50可圍繞第二樞軸線44轉動，因此裝料器50是在基本水平的裝載位置(這時管段裝料器50接收新管段，見圖1)，與朝上樞接的直立位置(見圖3)之間運動，在后一位置上新管段14基本與J形塔臺12對齊，而且可以是垂直于管段支承和對準裝置(見圖6)。
管段裝料器50在這個實施例中是一種加長的裝料器結構，在靠近它的一端有一條樞軸線，后者在這里與樞軸線44重合。在裝料器結構50上設置了一個或幾個夾頭或者別的管段接收裝置，用來可分離地夾住管段14。
在管段14與原先投放的管線11相連接時，可把夾頭52當作管段的支承裝置。參考數字16表示實現(xiàn)新管段14和原先投放的管線11對準的裝置。在另一實施例中，管段支承裝置被安置在塔臺12內，管段被這些裝置夾住，而后由裝料器50的夾頭52松開。
如從圖5-7可清楚地看見的那樣，在此實施例中，裝料器50有一個叉形端部50a，它通過萬向接頭部件40的第二樞軸線44連接到萬向接頭元件41上。另外，在這里所示的例子中是這樣安置管段裝料器50的，使得被管段裝料器50接收的管段40的縱軸，與萬向接頭部件40的第一樞軸線42相重合。因此，J形塔臺12圍繞第一樞軸線42的任何轉動都不會妨礙將新管段14放到裝料器50內。在那種情況下，塔臺在該方向的轉動只會引起夾頭52的輕微角向運動。
系統(tǒng)10還可以這樣來實現(xiàn)在垂直平面內，即與萬向接頭部件的第二樞軸線44成直角的平面內，裝料器50相對于船只1具有基本固定的裝載位置。這樣可以安全而高效地將新管段14放到裝料器50內。
顯然，當裝料器50逐漸接近其豎立位置時，應避免在自由轉動的J形塔臺12和裝料器50之間發(fā)生碰撞。在這個例子中，裝料器50在任何時候都跟隨J形塔臺圍繞第一樞軸線42轉動。因此，只有圍繞第二樞軸線44的轉動是和避免碰撞有關。實際上，我們希望管段裝料器50在到達豎立位置之前，具有和J形塔臺12一樣的在所有方向的轉動。
按照本發(fā)明給管段裝料器50提供了自動同步系統(tǒng)，當管段裝料器50從其裝載位置運動到豎立位置時，此系統(tǒng)引起管段裝料器50相對于在自由轉動狀態(tài)下的J形塔臺12的同步轉動，這最遲在管段裝料器50到達其豎立位置時發(fā)生。
我們建議這樣來調整該同步系統(tǒng)(下面將會解析)，使在下樞轉角位置管段裝料器50和J形塔臺不同步，而在上樞轉角位置引起同步。
在這個例子中，我們看到的是裝料器50的一體化的同步和樞轉系統(tǒng)100，它同時造成裝料器50的樞轉和它與J形塔臺的同步。我們將詳細說明這個系統(tǒng)100。
系統(tǒng)100包含J形塔臺四桿連桿機構，它通過下面的組合得到-J形塔臺12，-J形塔臺連接桿101，一端與J形塔臺12樞接在樞軸線102上，位置處于J形塔臺萬向接頭部件40提供的第二樞軸線44上方，-另一個連桿元件110，它圍繞上樞軸線111可轉動地與J形連接桿101相連接，并圍繞下樞軸線113連至萬向接頭元件41的延伸部112。這樣，萬向接頭和它的延伸部就形成這個“四桿連桿”的基礎。
移動式門架120與另一個連桿元件110相聯(lián)系，因而可在下樞軸線113附近位置和上樞軸線111附近位置之間移動。
在移動式門架120與管段裝料器50之間提供了裝料器連接桿130，它通過樞軸線121可轉動地連接到移動式門架120，并通過樞軸線131在離裝料器樞軸線44一定距離處連接到裝料器50，使得在靠近上樞軸線111的移動式門架120的位置，由裝料器50，裝料器連接桿130，和另一個連桿元件110確定一個“裝料器四桿連桿”，它基本上和“J形塔臺四桿連桿”相同。
另一連桿110上有引導移動式門架120的導向裝置，例如直線導軌，如移動式門架120可以沿之滑動或滾動的軌道等。
提供了移動式門架驅動裝置140，用來沿連桿110移動移動式門架120。在這實施例中，移動式門架驅動裝置140，包括固定在移動式門架120上的絞盤141，滑輪，纜索，用來使移動式門架120上下移動。
圖1-3顯示，當裝料器50處在水平位置，而J形塔臺12處于垂直位置時，另一個連桿110大致是平行于J形塔臺12安置。圖8a-e則表明不一定是這樣，完全可以有其它的安置。
必須指出，在這些連桿裝置中，所有的樞軸線都是平行的。另外，如從圖8a-e所看出的，樞軸線44和樞軸線102之間的距離等于樞軸線44和樞軸線131之間的距離。另外，連桿101的長度等于連桿130的長度。
如圖8a所示，在裝料器的裝載位置，J形塔臺12繞樞軸線44的自由轉動不會產生裝料器50在該平面內的運動。因而可以把管段14安全地裝載到裝料器50上。
現(xiàn)在讓移動式門架120向上移動(如圖8b所示)，則裝料器50向上轉動。在這個位置下塔臺12的轉動不會產生裝料器50的明顯轉動。
繼續(xù)讓移動式門架120向上運動，裝料器到達如圖8c，然后是圖8d的位置。只有在裝料器50的這個轉動的上部位置，通過運動學的關系使裝料器逐漸模仿J形塔臺12的自由轉動。應指出，通過使裝料器逐漸同步而避免了裝料器50內產生過大的應力。
最后，移動式門架120到達其上部位置，現(xiàn)在如從圖8e所見，到達了這種情況兩個四桿連桿相重合，而且裝料器與J形塔臺準確同步。
這個使裝料器與J形塔臺12樞接和同步的工作可靠的系統(tǒng)，可以把新管段高效而可靠地裝載到J形塔臺12內。
本專業(yè)技術人員將明白，可以對這里所示的四桿連桿進行修改。特別是，通過適當選擇樞軸線的位置，可以在需要時調整其運動學關系。
還應指出，可以采用任何適宜的裝置作為移動式門架120及其相關的驅動裝置。這可以是用齒條-齒輪使之運動的移動式門架120，用液壓活塞使之運動的移動式門架120，等等。
顯然，本發(fā)明還可用于這樣的系統(tǒng)，其中J形塔臺僅繞一條樞軸線轉動，或者為J形塔臺的轉動提供兩個角向自由度的系統(tǒng)，其中一個自由度在裝載管段的過程中被取消。如前所述，從效率和管線應力的觀點而言，并不太希望這樣做。
這種裝料器還可用于其它情況，例如用來操縱鉆具組等的浮動海洋鉆探裝置。
在一種完全不同的設計中，同步系統(tǒng)不依賴機械方法，而是包括至少一個傳感器(用來檢測J形塔臺的轉動)和裝料器驅動裝置，后者有與該傳感器相連接的控制裝置，使得此驅動裝置可根據檢測到的轉動調整成讓裝料器產生相同的轉動。舉例來說，可以設想裝有檢測裝料器繞樞軸線44轉動的傳感器，和樞接裝料器并將裝料器逐漸帶進同步轉動的液壓傳動器。
權利要求
1.在船只(1)上使用的J形管線敷設系統(tǒng)，用來鋪設海洋管線(11)，該系統(tǒng)包括-J形塔臺(12)；-管段支承裝置(52)和對準裝置(16)，它們用來支承管段并使它與先前已投放的管線(11)對齊；-管線連接站(24)，其中所述管段連至先前已投放的管線的最上端；-J形塔臺支承裝置(40)，它允許J形塔臺相對于船只圍繞至少一條樞軸線(42，44)轉動；-管線支承裝置(20)，用來支承先前已投放的管線(11)的重量，其中J形塔臺(12)有一個自由轉動狀態(tài)，那時J形塔臺可圍繞至少一條樞軸線相對于船只(1)自由轉動，因而J形塔臺在該至少一條樞軸線的平面內有一個方位，它基本與海面狀態(tài)引發(fā)的船只運動無關；-管段裝料器(50)，它可在管段裝料器接收新的管段(14)的裝載位置和新管段基本與J形塔臺對齊的豎立位置之間運動；這個系統(tǒng)的特征在于管段裝料器(50)裝有自動同步系統(tǒng)(100)，當管段裝料器(50)從裝載位置移至豎立位置時，此系統(tǒng)使管段裝料器(50)相對于處在自由轉動狀態(tài)的J形塔臺(12)作同步轉動，這至遲在管段裝料器(50)到達其豎立位置時發(fā)生，使得該新管段與處于自由轉動狀態(tài)的J形塔臺對齊。
2.如權利要求1的系統(tǒng)，其中管段裝料器(50)可繞樞軸線(44)轉動，故裝料器可在基本水平的裝載位置和朝上樞接的豎立位置之間運動。
3.如權利要求1或2的系統(tǒng)，其中同步系統(tǒng)(100)被調整成這樣，使得在管段裝料器的下轉角位置，基本不引起該管段裝料器與J形塔臺同步，這種同步實際上是在管段裝料器的上轉角位置時產生。
4.如權利要求2的系統(tǒng)，其中管段裝料器的樞軸線(44)與J形塔臺支承裝置的樞軸線(44)重合。
5.按上述任一條權利要求的系統(tǒng)，其中管段裝料器(50)安置成這樣，使得被管段裝料器(50)接收的管段(14)的縱軸與J形塔臺支承裝置的樞軸線(42)重合。
6.按上述任一條權利要求的系統(tǒng)，其中J形塔臺支承裝置包括一個萬向接頭部件(40)，它具有萬向接頭元件(41)，圍繞第一樞軸線(42)相對于船只(1，30)轉動，且該萬向接頭元件(41)有一條第二樞軸線(44)，相對于萬向接頭元件(41)與第一樞軸線(42)成直角。
7.如權利要求6的系統(tǒng)，其中裝料器(50)可轉動地連接至萬向接頭元件(41)，最好是可繞第二樞軸線(44)轉動，且管段裝料器(50)安置成這樣，使得被管段裝料器(50)接收的管段(14)的縱軸與萬向接頭部件的第一樞軸線(42)重合。
8.如權利要求2的系統(tǒng)，其中裝料器包括加長裝料器結構(50)，它在靠近加長裝料器結構一端有一條樞軸線(44)。
9.按上述任一條權利要求的系統(tǒng)，其中同步系統(tǒng)(100)包括處在J形塔臺和管段裝料器之間的機械連桿。
10.按上述任一條權利要求的系統(tǒng)，其中同步系統(tǒng)(100)包括四桿連桿。
11.如權利要求2的系統(tǒng)，其中同步系統(tǒng)(100)包括J形塔臺四桿連桿，它從下面的組合得到-J形塔臺(12)，-J形塔臺連接桿(101)，它被樞接在J形塔臺的一端(102)，位置處在由J形塔臺支承裝置提供的至少一個樞軸線(44)的上方，-另一個連桿元件(110)，它圍繞上樞軸線(111)可轉動地連至J形連接桿(101)，并圍繞下樞軸線(113)連接到和管段裝料器相同的實體(萬向接頭元件41，112)，另外，在此系統(tǒng)中有一個移動式門架(120)，與此另一個連桿元件(110)相聯(lián)系，因而該移動式門架可在靠近下樞接點(113)的位置和靠近上樞接點(111)的位置之間移動，此外，在此系統(tǒng)中，在移動式門架(120)和管段裝料器(50)之間提供了一個裝料器連接桿(130)，此裝料器連接桿可轉動地與移動式門架(120)連接，還在離開裝料器樞軸線(44)一個距離處與裝料器連接，使得在靠近上樞軸線(111)的移動式門架(120)的位置，由裝料器(50)，裝料器連接桿(130)和該另一個連桿元件(110)確定一個裝料器四桿連桿，其與運動學有關的尺寸基本上與J形塔臺四桿連桿相同。
12.如權利要求11的系統(tǒng)，其中另一個連桿(110)裝有導向裝置，用來引導移動式門架(120)。
13.如權利要求11或12的系統(tǒng)，其中提供了移動式門架(120)驅動裝置，用來移動移動式門架(120)。
14.如權利要求13的系統(tǒng)，其中移動式門架(120)驅動裝置包括與移動式門架(120)相連接的至少一個絞盤(141)和纜索(142)。
15.按權利要求11-14中任一條的系統(tǒng)，其中該另一個連桿(110)是一種加長結構，它具有用于移動式門架(120)的導向裝置。
16.按權利要求11-15中任一條的系統(tǒng)，其中當裝料器(50)處在水平位置且J形塔臺處于垂直位置時，此另一個連桿(110)幾乎與J形塔臺平行。
17.按權利要求1-10中任一條的系統(tǒng)，其中同步系統(tǒng)包括至少一個傳感器(用來檢測J形塔臺的轉動)和一個驅動裝置(它具有與該傳感器相連接的控制裝置)，因此可根據檢測出的轉動將驅動裝置調整到把裝料器帶進相同的轉動。
18.如權利要求17的系統(tǒng)，其中驅動裝置是液壓驅動裝置，包括一個或幾個液壓傳動器。
19.如上述任一條權利要求所述的管段裝料器和相關的同步系統(tǒng)。
20.提供如上述一條或數條權利要求的管線敷設系統(tǒng)的J形管線鋪設船只。
21.用于船只(如鋪設海洋管線或鉆探的船只)上的系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括-塔臺結構；-管狀段支承裝置，它被安置在該塔臺結構上，此管狀段支承裝置被調整為能把管狀段支承成與先前投放的管狀段的最上端對齊；-管狀段連接站，其中的管段被連至先前已投放的管狀段的最上端；-塔臺支承裝置，它允許塔臺圍繞至少一條樞軸線相對于船只轉動；-管狀段支承裝置，用來支承先前投放的管狀段的重量；其中塔臺結構具有一種自由轉動狀態(tài)，此時塔臺可圍繞至少一條樞軸線相對于船只自由轉動，因此塔臺結構在該至少一條樞軸線的平面內有一個方位，它基本不受海面狀態(tài)引發(fā)的船只運動的影響；-管狀段裝料器，它可在裝載位置(此時新管狀段被管狀段裝料器接收)和豎立位置(此時新管狀段基本與塔臺結構對齊并垂直于管狀段支承裝置)之間運動；這個系統(tǒng)的特征在于給管狀段裝料器提供了一個自動同步系統(tǒng)，當管狀段裝料器從其裝載位置運動到豎立位置時，此系統(tǒng)引起管狀段裝料器相對于在自由轉動狀態(tài)下的J形塔臺的同步轉動，這最遲在管狀段裝料器到達其豎立位置時發(fā)生，使得此新管狀段在塔臺處于自由轉動狀態(tài)時，可以垂直管狀段支承裝置。
全文摘要
一種在船只上使用的J形管線敷設系統(tǒng)，用來鋪設海洋管線，該系統(tǒng)有一臺J形塔臺和一個管線連接站，其中新管段連至先前已投放的管線，以及一個J形塔臺支承裝置，它允許J形塔臺相對于船只轉動。J形塔臺具有自由轉動狀態(tài)，那時J形塔臺可相對于船只自由轉動，因而J形塔臺有一個方位，此方位不受海面狀態(tài)引發(fā)的船只運動的影響。管段裝料器可在裝載位置(此時接收新的管段)和豎立位置(此時新管段與J形塔臺對齊)之間運動。管段裝料器裝有自動同步系統(tǒng)，當管段裝料器從裝載位置移至豎立位置時，此系統(tǒng)使管段裝料器相對于處在自由轉動狀態(tài)的J形塔臺作同步轉動，這至遲在管段裝料器到達其豎立位置時發(fā)生，使得該新管段與處于自由轉動狀態(tài)的J形塔臺對齊。
文檔編號E21B19/00GK101036016SQ200480043796
公開日2007年9月12日 申請日期2004年8月13日 優(yōu)先權日2004年8月13日
發(fā)明者J·魯登伯格, E·V·范利雷 申請人:伊特雷科公司