管道鋪設的改進的製作方法
2023-06-17 08:11:56
專利名稱：管道鋪設的改進的製作方法
所屬領域本發明涉及水下管道的鋪設，特別是在管道鋪設中控制管道所受應力和應變用的一種方法及設備。
背景技術：
用於例如石油工業方面的鋪設水下管道用的一種方法是在被稱作鋪設駁船(Laybarge)的船甲板上，將預備好的成節的管子焊在一起以構成管線。該鋪設船不斷地向前行駛的同時，管道從船尾送入海中。在管道送入海中時，管子逐根焊合在留在鋪設船上的管道末端。管道的直徑可達約1.8米，管道的典型結構是混凝土覆蓋鋼管。在鋪設船的甲板上兩節管子焊接在一起的焊縫為「連接區」，當然在混凝土覆層間有一縫隙，通常採用填入樹脂或同類物找平混凝土表面。
在鋪設船上管道是被一些管道支撐輥裝置支撐的，管道支撐輥裝置允許管道在送入海中時於其上自由地移動。管道從鋪設船向下呈曲線地伸向海底，曲線由管子的剛性及張力(張力是用接近輥子組前端的起制動器作用的張緊裝置來控制的)，海的深度和由管道離開鋪設船的角度來決定的。
管道離開鋪設船處的角度愈陡，它就會愈直接地下至海底，而要保持一種令人滿意的路徑、特別是，在管線離開鋪設船處沒有一種驟然向下急彎，所需張力才越小。
當管道沿著鋪設船伸展時對管道途徑的陡度方面有實際的限制，而因此可知，為增加管線離開駁船處的角度，沿其布置有一系列輥子的該路徑明顯地呈曲線。
這種彎曲造成管線中應力，管線彎曲愈大則應力愈大。材料中的任何應力會引起應變，這將降低管道的質量和使用壽命，最近，已要求管道鋪設者確保管線應力不超過規定的上限值。對於特殊的管道操作提出了計算最佳曲率值，以使管線的應力和應變降至最小，在進行管道鋪設以前要調整管道支撐輥組到精確的垂直位置，以便能符合該算得的路徑。
這種經計算的應力應變分析假設管道有平滑的表面、相同的斷面和剛性。實際上管道是不相同的。例如，在覆蓋混凝土的直徑1米的管道表面上可能有幾個釐米的不平，連接區可能未完美的找平，整體圓筒繫緊接頭可能突出於管子表面，管子也可能作得不那麼圓。
這種局部缺陷通過管道支撐輥時，會導致管道支撐輥上的負荷分布的突然變化，並因此導致在管道缺陷部位的應力應變的突然增加。比如在有一個管線截面具有比計算該管支撐輥組的最佳高度值時所用的直徑還要大，那麼在該截面通過一個管支撐輥時就會造成在它通過該輥的那點處的該管上應力銳增以及與之相鄰各輥處應力銳減。
即使管道是均勻一致的，管道鋪設船在風和浪的作用下運動也可引起管道支撐輥組上負荷分布的變化，在最壞的情況下，管道可脫開最後的輥子或最後的幾個輥子再砰然放下而造成管道上的突然壓力應變。
按傳統方式，業已通過引入一個「設計因子」，限制曲率半徑使得在該管線中算得的最大彎曲應力僅為所討論管線實際可接受的最大應力的一部分；以此解決諸如任何管道支撐輥上的載荷驟增，以及管線上應力應變驟增方面的問題。
發明內容
本發明的基本構思則是使各個輥子或成組的輥子在鋪設管道時，可變化高度，以此方式構成的管支承輥有可能吸收管道上至少一部分瞬時應力。
本發明有為管道鋪設船提出的管道支撐輥裝置，包括一個或多個輥子排列用於支撐管道進行鋪設；一個懸掛系統用於將輥子或輥子組固定在船上；安裝的懸掛系統用於產生和容許輥子運動，或全部輥子同向運動，懸掛系統安裝後有助於減弱安裝在懸掛系統上的全部輥子的總負荷的變化。
本發明還提出了包括至少一套根據本發明來支撐管道進行正在鋪設的管道支撐輥裝置的管道鋪設船。
本發明還提供了一種從船上鋪設管道的方法。該法是管道通過安裝在懸掛系統上的一個或幾個輥子餵入，該法的懸掛系統產生並容許輥子運動，或全部輥子同向運動，懸掛系統安裝後有助於減弱安裝在懸掛系統上的全部輥子的總負荷的變化。
通過減少在管道鋪設時的管道上的瞬時應力，在鋪設管道時使管道有較少的變形是可能的，其結果是有較好的質量和較長的使用壽命。此外，因為設計因子使得瞬時應力降低，把同原來相同質量的管道可在允許承受比原來可以承受的其它來源的受力和變形更高情況下鋪設。例如，通過增加管道曲率(管道離開管道鋪設船的角度)或者增加管道的縱向張力，同樣的管道用同樣的管道鋪設船鋪設在較深的水中是可行，的，或者把較重的管道放在同樣深度的水中。相反，由於天氣對管道影響有所減少，在比以前壞的天氣情況下可以鋪設同樣的管道，因此每年增加了管道鋪設船在任何特定的水域的工作天數。更可取的是，可把兩個或兩個以上的這些可能性適當結合起來。
本發明可提供更準確的管道應力預測，還可以更準確監測實際應力。
懸掛系統最好包括隨一個或多個輥子對負荷變化而相應變化的裝置。這些裝置最好是組成彈性結構，但也可代替使用一種活性的驅動懸掛系統。
今以舉例方式，根據附圖對本發明的一個實例進行介紹，其中附圖簡介
圖1是鋪設海底管道的管道鋪設船的側視圖。
圖2是如圖1所示的管道鋪設船方案的側視略圖，比例大於圖1並展示了管道支撐輥裝置。
圖3a是根據本發明的空氣懸掛系統的平均位置和預置最小高度值的一種形式的管道支撐輥裝置的側視圖。
圖3b是圖3a中的管道支撐輥裝置的後視圖。
圖4是圖3a中具有空氣懸掛系統的最高位置和預置最大值高度的管道支撐輥裝置的側視圖。
圖5是圖3a中具有空氣懸掛系統的平均位置和預置最大值高度的管道支撐輥裝置的側視圖。
圖6是圖3a中具有空氣懸掛系統的最低位置和預置最大值高度的管道支撐輥裝置的側視圖。
最佳實施例參閱附圖，先閱圖1和圖2，一種半潛式管道鋪設船1有兩個內坡道2和3，端對端地排列在管道鋪設船內，並有一個外坡道4伸出管道鋪設船船尾。第一塊內坡道2呈一角度安裝在管道鋪設船上，如對水平面為9°(假設管道鋪設船是漂浮在水面上)。第二內坡道3是樞軸連接在第一內坡道2的尾部，外坡道4是樞軸連接在第二內坡道3的尾部，後面兩個坡道每個都有藉助於未顯示的支撐，它的角度能調整到為鋪設特定管道的設計角度。在坡道2，3和4上安裝一系列的管道支撐輥裝置5，它支撐管道6鋪向海底7。四個管道支撐輥裝置5安裝在第一內坡道2上，更多個管道支撐輥裝置5安裝在第二內坡道3上，最後的五個管道支撐輥裝置5安裝在外坡道4上。在第一個內坡道2上還安裝了三個用於對管道6施加制動力的張緊裝置8。張緊裝置8可以是已知的某一種。他們包括基本是摩擦制動器和把制動器以可控制的壓力壓向管道表面的裝置。在第一內坡道2的前端是管道裝配區9，供管道鋪設船使用的管道的截面端焊合之用。裝配區和裝配操作可以是已知種類的，為簡明起見，不再予以敘述。
參閱圖3a到圖6，第二塊坡道3上的管道支撐輥組和坡道4上安裝的管道支撐輥組5，每組上均有兩個管道支撐臺10，一個安裝在另一個的前方。每個管道支撐臺10有兩對可自由轉動的輥組11，一對安裝在另一對的前方。每對輥11安裝呈V字形，他們的軸線彼此相對朝下傾斜，因此他們不僅支撐管道6而且可以側向引導管道6。每個單元上的兩個管道支撐臺10是藉助於一對相應在框架13上的銷軸12安裝的。銷軸12的軸心線垂直於管道的長度方向並且相對於管道鋪設船1是水平的。框架13藉助於空氣懸掛系統15安裝在第二框架14上。空氣懸掛系統15包括六對空氣囊墊16夾在框架13和14之間。空氣囊墊16被一裝置(未圖示)加壓，通常可以支撐放置在兩個管道支撐臺10間管道的重量。第一框架13和第二框架14在相互平行的平面內延伸且平行於管道6，從一邊到一邊相對於管道鋪設船是水平的。第二框架14靠第二框架尾端合頁17相對第三框架18尾端樞轉。第三框架18前端是一個下彎臂19。下彎臂19低端用支杆20聯接在第二框架14前端，支杆20的長度由液壓馬達22操縱螺旋調節器21調整。為測定第二框架14的負荷及在支撐輥組5上的負荷，測力計23裝在了第三框架18的下彎臂19上。該裝置是由安裝到坡道3或坡道4上的架子25(示意地表示)上的第三框架18中心處的銷軸24所支撐。銷軸24的轉動軸心線平行於軸12的轉動軸。從附圖3a和4中可以看清，如果支杆20的長度藉助於螺旋調節器21來改變，第二和第三框架14和18的前端就會移得更近或分得更開，則第三框架18能繞銷軸24轉動，致使當按約等於支杆20長度變化的一半這一數值上升或下降第二框架14時，能保持其對管線6的平行。在圖3a中，當支杆20最短時，則第二框架14平放在第三框架18的頂部。依靠三個軸12、12、24，管道支撐輥能有效地自身找平，自動調整而使四對輥組中的每一個輥子承受基本是相同的載荷。
在使用中，管道沿著坡道的最佳途徑是計算出來的，通過設定可調整坡道3、4的位置和管道支撐輥5的支杆20的長度，讓管道支撐輥5的空氣囊墊16處在完全壓縮和完全膨脹條件間近似一半狀態，則管道6就會沿循所要求的途徑。每個管道支撐輥5上的負荷是計算出來的，每套空氣囊墊上的壓力也就相應地被設定了。
管道6是用緩慢向前行駛的管道鋪設船鋪設的，且允許管道沿著輥組11移動，由張緊裝置8控制張力移出外斜向4。當管道進行鋪設時，如表面有一凸起的管道6達到管道支撐輥5時，管道6將在凸起處趨於抬起而越過輥11。這會造成所述管線6上的應力及輥子裝置5上的載荷的瞬時增大。增加的負荷將傳導到空氣囊墊16，空氣囊墊16將壓縮，如圖6所示，吸收凸起高度一部份和相應地降低應力增加。相反地，如果管道6的窄細部經過輥組11時，則在上述管道支撐輥5上的負荷將下降，同時空氣囊墊16將膨脹，如圖4所示，吸收變化的部份。在各種情況下，相鄰的輥子裝置將會承受相反特性的負載變化，如果他們也是帶有空氣囊墊16的管道支撐輥5，他們將相應地趨向於提供一個進一步的補償。
測力器23可以用於監測管道支撐輥5上的負荷，要麼是在遇到超越了允許的最大負荷時警告操作人員使他們進行補救，要不就記錄下負荷數據，致使可在事後再顯示管路6在質量方面的影響，或者兩者兼用。
一個半潛式管道鋪設船1合適尺寸的例子是長約150米，能夠在水深達130米條件下鋪設直徑可達1.8米(60英寸)的管道，管道支撐輥5沿著外坡道4可以間隔約8米，成對的輥組11可以每對間隔約0.8米，支杆20可以調整約0.5米，空氣囊墊在完全膨脹和完全壓縮間的行程約為0.5米。每個管道支撐輥5可以有每對額定量為9噸的六對空氣囊墊16，作為整個輥子裝置的額定承載能力約為100噸。
權利要求
1.一種管道鋪設船的管道支撐輥裝置，其特徵為包括安裝用於支撐管道進行鋪設的一個或多個輥子；一個懸掛系統，用作將該輥子或多個輥子裝到船上；安裝的懸掛系統在使用中發生或允許輥子運動，或者使所有的輥子做同向運動，安裝它可減少安裝在懸掛系統上的所有輥子的總負荷的變化。
2.如權利要求1的輥裝置，其特徵為，其中懸掛系統包括響應一個或多個輥子負荷變化的裝置。
3.如權利要求2的輥裝置，其特徵為，其中響應一個或多個輥子上負荷變化的裝置包括一個彈性裝置。
4.如權利要求3的輥裝置，其特徵為，其中彈性是由氣體的壓縮或膨脹產生的。
5.如權利要求4的輥裝置，其特徵為，其中懸掛系統至少包括一個空氣囊墊。
6.如權利要求3至5中任意之一的輥裝置，其特徵為，包括用以調整由支撐管道的彈性裝置支撐管道所施加的力的裝置。
7.如權利要求6中按權利要求4或5的輥裝置，其特徵為，其中在彈性裝置中的氣體壓力和體積是可調的。
8.如權利要求1至7中任意之一的輥裝置，其特徵為，包括預置一個或多個管道支撐輥高度用的裝置。
9.如權利要求8的輥裝置，其特徵為，其中高度調整裝置包括為調整安裝固定在船上的第一部件和第二部件之間高度用的裝置，而所說的裝置安裝使得能用於該一個輥子或多個輥子於該第二部件與一個輥子或多個輥子之間作用以引起或允許輥子的運動。
10.如權利要求9的輥裝置，其特徵為，其中高度調整裝置包括第三個部件，它以樞軸聯接的方式接於第一部件和第二部件，以及用以調整第三部件角度的裝置。
11.如權利要求10的輥裝置，其特徵為，其中角度調整裝置包括一種裝置，最好是一個可調整長度的支杆，用於調整遠離它們樞軸連接點的該第二和第三部件間的距離。
12.如權利要求1至11中任意之一的輥裝置，其特徵為，包括在管道軸向方向彼此分開並被安裝在一個公共的支撐部件上的兩個懸掛系統，以樞軸方式安裝而使安裝其上的輥子上的負荷均衡。
13.如權利要求1至12中任意之一的輥裝置，其特徵為，其中至少一個所述的懸掛系統包括沿管道軸向方向彼此分開安裝在一個公共的支撐部件上的兩個輥子或輥組，以樞軸方式安裝而平衡在兩個輥子或輥組上的負荷。
14.一種大體如前所述的輥裝置，其特徵為，可參照於如附圖中所示的那種。
15.一種管道鋪設船，其特徵為，至少包括如在權利要求1至14中任何一項的用以支撐被鋪管線用的輥裝置。
16.如前述的一種管道鋪設船，其特徵為，可參照於如附圖所示的那種。
17.一種從船上鋪設管道的方法，其特徵為，其中管線經過安裝在懸掛系統上的一個或多個輥子送進，懸掛系統發生和允許輥子運動或使所有輥子做同向運動，安裝的懸掛系統可減少安裝在懸掛系統上的所有的輥子的總負荷變化。
18.一種管道鋪設方法，其特徵為，它大致為參照於附圖所描述的那種。
19.一種管線，其特徵為，它在鋪設時採用如權利要求17或18的方法，和/或使用權利要求15或16的船。
全文摘要
管道鋪設船(1)用的管支撐輥裝置(5)有許多彈性支承體(15)的輥(11)，當通過其上的管子(6)的不規則引起其應力變化時，輥子可運動以適應其不規則從而減小應力變化。
文檔編號F16L1/235GK1162350SQ9519604
公開日1997年10月15日 申請日期1995年9月8日 優先權日1994年9月8日
發明者V·奧利韋裡 申請人:歐州海運承包有限公司