НАТЯЖИТЕЛЬ ДЛЯ ПОДВОДНОЙ УКЛАДКИ ШЛАНГОКАБЕЛЯ И ТРУБ РАЗЛИЧНОГО ДИАМЕТРА Российский патент 2024 года по МПК F16L1/23 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к сервисному оборудованию, обеспечивающему проведение морских операций монтажа и пуско-наладочных работ различных узлов системы подводной добычи углеводородов (нефть, газ и так далее).

Натяжители для подводной укладки труб хорошо известны в области морской трубопроводной транспортировки и имеют задачу по поддержанию веса и созданию натяжения на шлангокабеле или трубе во время их укладки с судна. Натяжители для подводной укладки имеют высокую грузоподъемность (до десятков тонн), что позволяет удерживать трубы на одной оси при прокладывании трубопровода под воду.

Из существующего уровня техники известен натяжитель трубопровода для укладки труб на барже-трубоукладчике в океанической технике, отраженный в патенте CN 102182868 А, опубликованном 14.09.2011. Натяжитель трубопровода состоит из рамы, верхней гусеничной цепи, нижней гусеничной цепи, зажимного устройства, гидравлической системы, электрической системы управления и пневматической вспомогательной зажимной системы. При этом зажимной трубопровод может загружаться с фронтальной стороны (сбоку) и приводится в действие с помощью верхней гусеничной цепи и двумя гидроприводами нижней гусеничной цепи, которые способны вращаться вперед и назад для достижения захвата трубопровода и его перемещения.

Недостатками этого устройства являются:

- возможность осуществления установки и извлечения трубопровода только со стороны (фронтально), поскольку рама верхней и нижней гусеницы выполнена цельной;

- снижение диапазона диаметров укладываемых труб при равных массогабаритных характеристиках устройства вследствие использования симметричных поверхностей трака нижней гусеницы относительно верхней гусеницы;

- повышение риска повреждения трубопровода и самого устройства из-за отсутствия направляющих роликов на входе и выходе устройства

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является натяжитель морской для установки трубопроводов для использования на судне, отраженный в патенте US 20150323099 (опубл. 12.11.2015 г. ). Устройство включает в себя по меньшей мере один нижний гусеничный блок и по меньшей мере один верхний гусеничный блок, причем каждый гусеничный блок содержит непрерывную гусеницу, ходовую часть, подшипники, установленные на шасси для поддержки непрерывной гусеницы, и один или более элементов управления движением гусеницы для осуществления управляемого движения. Корпус натяжителя содержит опоры рамы натяжителя, предназначенные для поддержки устройства при установке трубопровода, нижнюю опорную раму, поддерживающей по меньшей мере один нижний гусеничный блок, верхнюю опорную раму, поддерживающую по меньшей мере один верхний гусеничный блок таким образом, что гусеничные блоки проходят параллельно друг другу и образуют между собой центральную транспортировочную ось трубопровода. Верхние опорные рамные приводы, предусмотренные между нижней и верхней опорными рамами выполнены с возможностью перемещении верхней опорной рамы относительно нижней опорной рамы в направлении, перпендикулярном центральной транспортировочной оси трубопровода и предназначены для создания зажимного усилия для зажима трубы между по меньшей мере одним верхним гусеничным узлом и по меньшей мере одним нижним гусеничным узлом посредством втягивания верхней опорной рамы по направлению к нижней опорной раме.

Недостатками устройства, принятого за прототип, являются:

1. Установка и извлечение трубопровода происходит только через центральную ось транспортировки. Это ограничение создается вследствие применения закрытой рамы натяжителя.

2. Риск повреждения трубопровода и самого устройства вследствие возникновения изгибных нагрузок и несносности подачи трубопровода из-за отсутствия направляющих роликов на входе и выходе устройства.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение сектора установки и извлечения укладываемых труб для их транспортировки ко дну моря.

Технический результат заключается в усовершенствовании конструкции натяжителя и исполнении возможности отклонения направляющей рамы верхней гусеницы от вертикального положения, что позволяет увеличить сектор загрузки. Это достигается благодаря специальному механизму крепления направляющей рамы, в котором одна пара крепежных пальцев является неподвижной (вокруг оси которых происходит отклонение направляющей рамы), а вторая пара крепежных пальцев является подвижной, в которой они выполнены в сборе с приводами, за счет которых пальцы могут входить и выходить из зацепления между проушинами несущей рамы и несущей рамой. Кроме того, предлагаемое устройство натяжителя для подводной укладки шлангокабеля и труб различного диаметра содержит входной и выходной направляющие ролики, установленные на несущей раме, которые позволяют сократить риски повреждения трубы и увеличивают равномерность и безопасность натяжения.

Решение технической задачи заключается в том, что в натяжителе для подводной укладки шлангокабеля и труб различного диаметра, включающем несущую раму, систему приводов, подвижную направляющую раму с установленным на ней верхней гусеницей с, как минимум, одним рядом гусеничной цепи, с возможностью перемещения верней гусеницы в вертикальной плоскости по направляющим подвижной направляющей рамы и, как минимум, двумя рядами гусеничной цепи нижней гусеницы, установленной на несущей раме таким образом, что гусеницы располагаются параллельно друг другу и образуют между собой транспортировочную ось трубопровода, согласно изобретению, подвижная направляющая рама выполнена с возможностью регулировки радиального отклонения посредством приводов. Несущая рама на входе и выходе транспортировочной оси содержит соответственно направляющие входной и выходной ролики труб, снабженные двумя вертикальными направляющими каждый, выполненные с возможностью горизонтального перемещения на расстояние необходимое (раздвинутое состояние) для загрузки и транспортировки трубы (шлангокабеля), причем вертикальные направляющие каждого из роликов выполнены с возможностью радиального отклонения и вращения.

Натяжитель состоит из двух гусеничных опор, установленных внутри конструктивного каркаса. Подвижная направляющая рама перемещается в вертикальной плоскости внутри конструкции с помощью гидравлических цилиндров для выдвижения, втягивания и приложения сжимающего усилия к трубе.

В предложенном варианте исполнения каждая гусеница имеет гусеничную цепь, приводимую в движение системой приводов. На конце каждой гусеницы со стороны входного направляющего ролика установлен приводной узел, состоящий из цепной звездочки, коробки передач планетарного типа (циклоидальная передача), гидравлического/электрического двигателя и дискового тормоза. Сама же гусеничная цепь представляет собой замкнутую ленту, состоящую из звеньев цепи с закрепленными на них траками, при этом установочная поверхность трака выполнена в форме призмы с расположенными рабочими поверхностями под оптимальным углом не менее α=160 градусов относительно плоскости ее симметрии строго на равных углах α/2. Усилие захвата трубы достигается за счет трения между трубой и установочной поверхностью траков и сжимающей нагрузки, приложенной гидравлическими цилиндрами.

В предложенном варианте исполнения изобретения под гусеничной цепью располагаются катки на контактной и бесконтактной стороне каждой гусеницы. Гусеничная цепь представляет собой сверхпрочную втулочную цепь, при этом устройство имеет двухрядную нижнюю гусеницу и однорядную верхнюю гусеницу. Благодаря подвижной верхней гусенице обеспечивается большой диапазон диаметров применяемых труб (в предлагаемом варианте от 50 мм до 650 мм).

Натяжитель для подводной укладки шлангокабеля и труб различного диаметра иллюстрируются изображениями, где:

- на фиг. 1 представлен общий вид устройства;

- на фиг. 2 изображен натяжитель для подводной укладки труб с указанием расположения гусеничных траков;

- на фиг. 3 показано положение подвижной направляющей рамы и вертикальных направляющих при подаче трубы или шлангокабеля в натяжитель вдоль транспортной оси;

- на фиг. 4 показано положение подвижной направляющей рамы и вертикальных направляющих при установке трубы или шлангокабеля в натяжитель горизонтально сбоку;

- на фиг. 5 показано положение подвижной направляющей рамы и вертикальных направляющих при установке трубы или шлангокабеля в натяжитель сверху;

- на фиг. 6 показан фронтальный вид натяжителя с обратной стороны;

- на фиг. 7 показан направляющий ролик вертикальные направляющие которого находятся в раздвинутом состоянии для обеспечения установки трубы, при этом одна из направляющих радиально отклонена;

- на фиг. 8 показана форма трака гусеницы натяжителя для подводной укладки шлангокабеля и труб;

- на фиг. 9 показано расположение приводов гусениц в натяжителе;

- на фиг. 10 показана смазка гусеничного опорного катка;

- на фиг. 11 показан пример реализации смазки бегунка опорного ролика.

Несущая рама 1 натяжителя закреплена на судне с помощью фиксированных креплений 2 со стороны задней части натяжителя и угловых креплений 3 со стороны передней части натяжителя (фиг. 1).

На несущей раме 1 натяжителя установлены нижняя гусеница 4 и подвижная направляющая рама 5, на которой размещена верхняя гусеница 6. В передней части устройства располагается входной направляющий ролик 7, а в задней части - выходной направляющий ролик 8. Направляющие ролики 7, 8 крепятся при помощи кронштейнов 9. Кронштейны могут быть зафиксированы как жестко при помощи сварки, так и при помощи крепежных элементов, (фиг. 1).

Предлагаемое устройство имеет двухрядную нижнюю гусеницу 4 и однорядную верхнюю гусеницу 6 (фиг 1, 2). Увеличенный размер опорной площадки гусеницы нижнего ряда относительно размеров площадки гусеницы верхнего ряда обеспечивает возможность работы как с трубами малого диаметра (в этом случае при обжатии трубы установочная поверхность трака верхней гусеницы не соприкасаются с нижней), так и с трубами большого диаметра (благодаря размерам нижних площадок гусеницы). Преимущество двухрядной гусеницы заключается в обеспечении площадки с увеличенной площадью для монтажа установочной поверхности трака в сравнении с однорядной гусеницей, при этом техническому специалисту в этой области ясно, что можно использовать и однорядную нижнюю гусеницу с увеличенной площадкой, но такая конструкция будет менее технологичной.

Каждая гусеница имеет непрерывную цепь с траками 10, установочная поверхность которых может быть выполнена из полиуретана с высоким коэффициентом трения, композитного материала или их аналогов (фиг. 2). При этом цепь с траками 10 перемещается циклично по множеству вращающихся опорных катков 11, которые неподвижно закреплены на рамах гусениц 4, 6 любым возможным способом (предпочтительно болтовое или шпилечное соединение), по натяжным колесам 12 с устройством предварительного натяжения цепи 13 и по вращающимся вертикально направленным подвижным опорным каткам 14, установленных, как минимум, по одному на каждой гусенице, а в представленном варианте исполнения - три вертикально направленных подвижных опорных катка 14 на верхней гусенице 6 и один на нижней гусенице 4 (на рисунке условно не показан). Натяжные колеса 12 и опорные катки 14 позволяют поддерживать натяжение цепи в процессе работы.

Вертикально направленные подвижные опорные катки 14 установлены на каркасы верхней 6 и нижней 4 гусениц через стакан 15, в котором находятся опора катка телескопического типа, с направляющими втулками из антифрикционного материала, а также упругий элемент (предпочтительно пружина сжатия), выталкивающий каток из стакана, создавая, тем самым, необходимое натяжение цепи.

Направляющие пластины 16, установленные на каркас верхней гусеницы 6 вдоль каждого вертикально направленного подвижного опорного катка 14, исключают возможность поворота катков вокруг своей оси перпендикулярно центральной оси перемещаемой транспортируемой трубы.

Опорные катки 11 обеспечивают равномерное натяжение трубы или шлангокабеля за счет создаваемого пятна контакта на каждой гусенице, и расположены таким образом, что цепи с траками 10 проходят параллельно друг другу и образуют между собой центральную транспортную ось трубопровода.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Для осуществления загрузки трубы (шлангокабеля) поднимается с помощью подвижной направляющей рамы 5 верхняя гусеница 6 и раздвигаются вертикальные направляющие 17 входного 7 и выходного 8 роликов на необходимое для загрузки расстояние, которое зависит от типоразмера загружаемой трубы (шлангокабеля) (фиг. 3). После этого труба (шлангокабель) прижимается подвижной верхней гусеницей 6 к нижней гусенице 4, а вертикальные направляющие 17 входного 7 и выходного 8 роликов сдвигаются до диаметра трубы (шлангокабеля), ограничивают ее отклонение от транспортировочной оси, и при этом за счет собственного вращения направляющих обеспечивается равномерная подача.

Транспортировка трубы (шлангокабеля) внутри натяжителя обеспечивается за счет одновременного движения цепей с траками верхней 6 и нижней 4 гусениц, приводимых в движение приводами, установленными на каждой из гусениц. В процессе укладки труба (шлангокабель) поступает на натяжитель с места ее хранения (лебедки) через входной направляющий ролик 7, проходит по гусеницам натяжителя 6, 4, после чего через выходной направляющий ролик 8 (при необходимости через специальное направляюще устройство на судне) подается для укладки под воду. При этом, конструкция натяжителя усовершенствована для простоты и удобства закладки и извлечения труб разных диаметров, таким образом, что подвижная направляющая рама 5 верхней гусеницы выполнена с возможностью отклонения от вертикального положения.

Труба (шлангокабель) может быть установлена в натяжитель тремя различными способами в зависимости от варианта ее подачи:

1. Труба (шлангокабель) подается в натяжитель вдоль транспортной оси. В этом случае радиальное отклонение подвижной направляющей рамы 5 и вертикальных направляющих входного 7 и выходного роликов 8 не требуется (фиг. 3).

2. Труба (шлангокабель) устанавливается в натяжитель горизонтально сбоку. В этом случае радиальное отклонение направляющей рамы 5 не требуется, но необходимо осуществить радиальное отклонение (откидывание) вертикальных направляющих 17 входного 7 и выходного 8 роликов со стороны закладываемой трубы (шлангокабеля) (фиг. 4).

3. Труба (шлангокабель) устанавливается в натяжитель сверху. В этом случае требуется осуществить радиальное отклонение направляющей рамы 5 от вертикального положения, а радиальное отклонение (откидывание) вертикальных направляющих 17 входного 7 и выходного 8 роликов не требуется (фиг. 5).

После завершения процесса загрузки трубы (шлангокабеля) в натяжитель для дальнейшей ее транспортировки, направляющая рама перемещается обратно, в положение удержания изделия с необходимым для этого сжимающим усилием, при этом вертикальные направляющие 17 входного 7 и выходного 8 роликов сдвигаются до диаметра изделия.

Верхняя гусеница 6 (фиг. 6) двигается в вертикальной плоскости по направляющим рамы 5 с помощью двух приводов 18 верхней гусеницы, шарнирно закрепленных с одной стороны в каркасе нижней гусеницы 4, а с другой стороны в каркасе верхней гусеницы 6 при помощи пальцев 19, зафиксированных крепежными пластинами для предотвращения их вращения относительно своей оси, что повышает износостойкость узла. Верхняя гусеница 6 имеет датчик положения 20, который располагается внутри корпуса верхней гусеницы 6 (на фиг. 6 условно показано место его расположения) для автоматического определения перемещения по высоте. Приводы 18 обеспечивают требуемое сжимающее усилие между гусеницами и внешней частью трубопровода, необходимое для удержания трубопровода.

Подвижные пальцы 21 крепления подвижной направляющей рамы 5 установлены на несущей раме 1. Подвижный палец 21 выполнен в сборе с гидроцилиндром и имеет возможность автоматической регулировки положения (открыто/закрыто). В полностью выдвинутом положении палец 21 находится в зацеплении и фиксирует вертикальное положение подвижной направляющей рамы 5. При необходимости отклонить верхнюю гусеницу 6 от вертикального положения, палец 21 выходит из зацепления, и с помощью приводов отклонения от вертикального положения 22 (предпочтительно гидроприводы) подвижная направляющая рама 5 отклоняется от вертикали вокруг оси неподвижных пальцев 23 подвижной рамы 5, установленных на несущей раме 1. Для определения положения подвижной направляющей рамы 5 и передачи сигналов системы управления, установлены два датчика положения 24 подвижной рамы 5. Один из датчиков положения 24 на несущей раме 1 натяжителя (на фиг. не показан) определяет, что рама находится в вертикальном положении, при этом поступает сигнал и подвижный палец 20 может быть закрыт или открыт (в зависимости от того, что требуется), а второй датчик положения 24, установленный на раме шкафа распределения, определяет крайнее положение рамы 5 в откинутом положении, при этом поступает сигнал о том, что рама полностью отклонена (фиг. 6).

Для выполнения радиального отклонения вертикальных направляющих 17 входного и выходного направляющих роликов 7, 8 (фиг. 4) предусмотрен съемный палец 25, соединяющий вертикальные направляющие 17 с кронштейном, на котором они установлены (фиг. 7). Съемный палец 25 имеет механизм фиксации, позволяющий быстро и удобно как устанавливать его в рабочее положение, так и демонтировать. Для совершения откидывания вертикальные направляющие 17 перемещаются по винтовой передаче на максимальное удаление друг от друга в их крайнее положение, съемный палец 25 демонтируется, и вертикальные направляющие 17 откидываются путем перемещения вокруг оси неподвижного пальца ролика 26 до крайнего положения. Для удобства вертикальной закладки трубы (шлангокабеля), в верхней части вертикальных направляющих 17 предусмотрены металлические направляющие 27 изогнутой цилиндрической формы.

Для уменьшения риска повреждения шлангокабеля или трубы при закладке и извлечении предусмотрены отбойники роликов 28 на вертикальных направляющих 17 (фиг. 7), и отбойники рамы 29 (фиг. 2) на несущей раме верхней гусеницы 6.

Благодаря откидывающейся подвижной направляющей раме 5 верхней гусеницы, откидывающимся направляющим 17 входного и выходного роликов установка и извлечение труб возможны в диапазоне сектора до 120 градусов (фиг. 7).

Вертикальные направляющие 17 входного направляющего ролика 7 труб и выходного направляющего ролика 8 труб имеют возможность вращения вокруг своей оси относительно перемещаемой транспортируемой трубы и установлены каждый на каретке 30 направляющего кронштейна 31, который неподвижно закреплен на корпусе рамы 32 ролика. Каретки 30 установлены в кронштейне 31. Горизонтальное перемещение вертикальных направляющих 17 роликов вдоль кронштейна 31 осуществляется перпендикулярно транспортировочной оси по винтовой передаче (фиг. 7).

На корпусе рамы ролика 30 установлен горизонтальный опорный ролик 33 с возможностью вертикального перемещения перпендикулярно оси транспортируемой трубы.

Перемещения вертикальных направляющих 17 и горизонтального опорного ролика 33 производятся с помощью приводов 34 роликов (например, электроприводов). При этом каждая вертикальная направляющая 17 и горизонтальный опорный ролик 33, имеют свой независимый привод и управляются отдельно. Для управления приводами на корпусе раме ролика 30 установлен шкаф управления 35 (фиг. 1). Для уменьшения вероятности внешних повреждений приводов, в конструкции предусмотрены защитные ограждающие рамы 36 (фиг. 7).

Для улучшения плавности подачи, уменьшения изгибных напряжений, трения и вероятности повреждения трубы или шлангокабеля на входе и выходе из натяжителя, на роликах труб установлен опорный кронштейн 37. (фиг. 7).

Форма трака в виде призмы с расположенными рабочими поверхностями под оптимальным углом не менее α=160 градусов относительно плоскости ее симметрии и, предпочтительно, строго на равных углах а/2 позволяет эксплуатировать устройство с большим диапазоном диаметров труб (фиг. 8). При этом параметры угла между опорными плоскостями и размера труб находятся в прямой зависимости друг от друга -увеличение угла приводит к возможности обжатия труб большего диаметра, и наоборот. Отклонение угла от номинального значения 160 градусов приводит к изменению расположения точек контакта устройства с трубой (шлангокабелем), а также значений обжимающей силы и силы трения (нормальной и касательной компонент суммарной силы в точке касания).

Использование высокомощных приводов гусениц 38 (в частности, электрического двигателя и редуктора) (фиг. 9) позволяет обеспечить широкий диапазон силы натяжения непрерывных цепей с траками 10 (фиг. 2). Приводы 38 (фиг. 9) обеспечивают движение гусениц как в прямом, так и в обратном направлении. Приводы 38 устанавливаются на рамы верхней 6 и нижней 4 гусениц, и приводят в движение цепи 10 гусениц через механизм зацепления (фиг. 2). На раме нижней гусеницы 4 установлена дополнительная опора редуктора в виде подшипника 39 для уменьшения нагрузки на привод 38 и выравнивания вращающих моментов на оба ряда нижней гусеницы 4. (Рис. 1.8).

После завершения операции по транспортировке извлечение трубы (шлангокабеля) происходит в обратной последовательности установки.

Для сокращения трудовых и временных затрат, которые присутствуют при обычном способе смазывания узлов, в предлагаемом изобретении внедрена система централизованной автоматической смазки, предназначенная для подачи смазочного материала к узлам трения. При постоянной подаче смазки гарантируется невозможность попадания влаги и грязи в узлы трения, существенно сокращаются расходы на ремонт, а также на убытки от простоя оборудования. Кроме того, применение системы централизованной смазки существенно повышает долговечность оборудования, уменьшает износ деталей и упрощает консервацию.

Смазка подается к узлам трения постоянно и заранее определенными порциями по каналам, соединенным с распределителями (дозаторами) и центральным насосом. Пример типовых смазываемых узлов натяжителя показан на фиг. 10, 11. На фиг. 10 изображен вращающийся опорный каток 11, а на фиг. 11 - горизонтальный опорный ролик 33.

Применение систем такого типа также сокращает количество потребляемой смазки за счет ее более эффективного дозирования и при ее использовании исключается необходимости проводить демонтаж элементов натяжителя для их обработки.

Таким образом, предлагаемый натяжитель для подводной укладки шлангокабеля и труб различного диаметра обеспечивает увеличенный сектор установки и извлечения укладываемых труб для их транспортировки ко дну моря: зажимаемый трубопровод может быть установлен и извлечен через ось транспортировки, боковую поверхность или сверху. Также использование направляющих входного и выходного роликов позволяет сократить риски повреждения трубы и улучшить равномерность и безопасность натяжения.

Изобретение относится к сервисному оборудованию нефтегазовой промышленности, обеспечивающему проведение морских операций монтажа различных узлов системы подводной добычи углеводородов. Натяжитель для подводной укладки шлангокабеля и труб включает в себя несущую раму, систему приводов, подвижную направляющую раму. На подвижной направляющей раме установлена верхняя гусеницей с одним рядом гусеничной цепи, с возможностью перемещения верней гусеницы. На несущей раме установлена нижняя гусеница с двумя рядами гусеничной цепи. Гусеницы располагаются параллельно друг другу и образуют между собой транспортировочную ось. Подвижная направляющая рама выполнена с возможностью регулировки радиального отклонения посредством приводов. Несущая рама может содержать направляющие входной и выходной ролики труб, снабженные двумя направляющими каждый, выполненные с возможностью горизонтального перемещения. Причем вертикальные направляющие каждого из роликов выполнены с возможностью радиального отклонения и вращения. Изобретение позволяет увеличить сектор установки и извлечения укладываемых труб для их транспортировки ко дну моря, а также сократить риски повреждения трубы и улучшить равномерность и безопасность при их натяжении. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Натяжитель для подводной укладки шлангокабеля и труб различного диаметра, включающий в себя несущую раму, систему приводов, подвижную направляющую раму с установленным на ней верхней гусеницей с, как минимум, одним рядом гусеничной цепи, с возможностью перемещения верней гусеницы в вертикальной плоскости по направляющим подвижной направляющей рамы и, как минимум, двумя рядами гусеничной цепи нижней гусеницы, установленной на несущей раме таким образом, что гусеницы располагаются параллельно друг другу и образуют между собой транспортировочную ось трубопровода, отличающийся тем, что подвижная направляющая рама выполнена с возможностью регулировки радиального отклонения посредством приводов.

2. Натяжитель для подводной укладки шлангокабеля и труб различного диаметра по п. 1, отличающийся тем, что несущая рама на входе и выходе транспортировочной оси содержит соответственно направляющие входной и выходной ролики труб, снабженные двумя вертикальными направляющими каждый, выполненные с возможностью горизонтального перемещения, причем вертикальные направляющие каждого из роликов выполнены с возможностью радиального отклонения и вращения.

3. Натяжитель для подводной укладки шлангокабеля и труб различного диаметра по п. 1, отличающийся тем, что в узлах трения устройства внедрена система централизованной автоматической смазки.