本發(fā)明屬于海洋工程領(lǐng)域，具體地，涉及一種海底懸空管道雙自由度拋砂治裝置，用于治理海底懸空管道。

背景技術(shù)：

海底管道由于受到復(fù)雜的水下環(huán)境的影響，很容易產(chǎn)生懸空現(xiàn)象。在海浪、海流作用下，懸空管段會產(chǎn)生渦激振動，引起疲勞損傷，縮短使用壽命，進而帶來附加的經(jīng)濟損失?，F(xiàn)階段，工程實踐中多采用砂袋法、灰漿氣囊、鋼結(jié)構(gòu)支撐法、短樁錨固等方法治理懸空管道。其中，工程中普遍采用的砂袋法有操作簡單，經(jīng)濟有效等優(yōu)點，但是，砂袋法的施工方法卻非常落后，一般做法是先在岸上人工將砂子打包成袋，然后通過吊車將砂袋裝于施工船上，當施工船到達懸空管道上方海面時，再由施工人員將砂袋推下船，填至海底管道懸空處。上述施工需要大量人力來完成，費時費力。此外，砂袋法還存在無法控制砂袋入水后是否撞擊管道、是否落入懸空處有效填充等問題。因此，發(fā)明一種既精確高效又不過多依賴人力的砂袋法施工裝置是非常必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種海底懸空管道雙自由度拋砂治裝置，裝置安裝在一艘駁船上，包括打包結(jié)構(gòu)、縱向進給結(jié)構(gòu)、橫向進給結(jié)構(gòu)、吊裝結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)組成，實現(xiàn)了砂子打包成袋、砂袋拋填等過程的機械化，砂袋拋填的精確化，以及由橫向進給結(jié)構(gòu)和縱向進給結(jié)構(gòu)形成雙自由度運動系統(tǒng)實現(xiàn)施工區(qū)的全覆蓋，解決了現(xiàn)階段砂袋法治理懸空管道的施工技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用技術(shù)方案如下：

海底懸空管道雙自由度拋砂治裝置，安裝在駁船上，包括：打包結(jié)構(gòu)、縱向進給結(jié)構(gòu)、橫向進給結(jié)構(gòu)、吊裝結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)；其中：打包結(jié)構(gòu)完成對砂子打包成袋工作，縱向進給結(jié)構(gòu)和橫向進給結(jié)構(gòu)進行施工定位和橫縱向連續(xù)施工控制，吊裝結(jié)構(gòu)完成砂袋從駁船到海底管道懸空處的轉(zhuǎn)移，控制結(jié)構(gòu)為整個裝置的提供電源以及進行施工控制。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、實現(xiàn)了海底懸空管道砂袋法治理施工過程的機械化，相比傳統(tǒng)施工方法，打包砂子和拋填砂袋自動化和機械化，拋砂過程中不再需要大量人力，提高了施工效率，帶來可觀經(jīng)濟效益。

2、可以實現(xiàn)科學有效地施工，相比傳統(tǒng)的方法，實現(xiàn)了砂袋水下著地位置的可控，可避免砂袋未丟入施工區(qū)或者撞擊管道情況。

3、裝置通過雙自由度運動系統(tǒng)進行拋砂定位和雙向施工，實現(xiàn)了懸空區(qū)的全覆蓋。

4、裝置采用了開合式吊桶水下自動開合實現(xiàn)拋填，拋填過程簡易可行。

5、裝置本身結(jié)構(gòu)簡易，制造工藝簡單，另只需一艘駁船即可，裝置建造成本低。

附圖說明

圖1是海底懸空管道雙自由度拋砂治裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是海底懸空管道雙自由度拋砂治裝置工作俯視示意圖；

圖3是海底懸空管道雙自由度拋砂治裝置工作前視示意圖；

圖4是打包結(jié)構(gòu)和滑軌架示意圖；

圖5是裝置輪式滑體示意圖；

圖6是裝置旋轉(zhuǎn)架示意圖；

圖7是裝置開合式吊桶示意圖；

圖8是裝置開合式吊桶俯視示意圖；

圖中：1、駁船，2、打包結(jié)構(gòu)，3、縱向進給結(jié)構(gòu)，4、橫向進給結(jié)構(gòu)，5、吊裝結(jié)構(gòu)，6、控制結(jié)構(gòu)，201、存砂區(qū)，202、吸砂器，203、運砂方管，204、打包機，205、可動輥道傳送帶，206、傳動帶滾輪，31、滑軌架，311、滑動軸，312、滑動軸安裝臺，313、滑軌槽，314、滑軌槽定位孔，32、輪式滑體，321、滑體滑孔，322、旋轉(zhuǎn)架安裝槽，323、滑體滾輪，324、滑體定位孔，325、定位銷，41、旋轉(zhuǎn)架，411、橫伸梁，412、橫向進給框，413、旋轉(zhuǎn)架滑孔，414、旋轉(zhuǎn)架滑槽，415、旋轉(zhuǎn)架拉環(huán)，42、旋轉(zhuǎn)支撐梁，421、支撐橫梁，422、液壓推進節(jié)，51、開合式吊桶，511、吊裝鋼絲繩，512、吊耳，513、開合控制鋼絲繩，514、開合繩環(huán)，515、吊桶轉(zhuǎn)向扣，516、開合門，517、升降控制電機輥軸組，518、開合控制電機輥軸組，52、旋轉(zhuǎn)架滑體，521、旋轉(zhuǎn)架滑體拉環(huán)，522、球鉸拉環(huán)，523、伸縮鋼絲繩，524、伸縮控制電機輥軸組，601、控制室

具體實施方式

圖1至圖8所示，海底懸空管道雙自由度拋砂治裝置，安裝在駁船1上，包括：打包結(jié)構(gòu)2、縱向進給結(jié)構(gòu)3、橫向進給結(jié)構(gòu)4、吊裝結(jié)構(gòu)5和控制結(jié)構(gòu)6；其中：打包結(jié)構(gòu)2完成對砂子打包成袋工作，縱向進給結(jié)構(gòu)3和橫向進給結(jié)構(gòu)4進行施工定位和橫縱向連續(xù)施工控制，吊裝結(jié)構(gòu)5完成砂袋從駁船1到海底管道懸空處的轉(zhuǎn)移，控制結(jié)構(gòu)6為整個裝置的提供電源以及進行施工控制。

如圖2和圖4所示，打包結(jié)構(gòu)2位于駁船1甲板中部，包括：存砂區(qū)201、吸砂器202、運砂方管203、打包機204和可動輥道傳送帶205，由船首至船尾方向順次沿駁船1縱軸線分布；存砂區(qū)201為固接在駁船1甲板上的矩形槽，用于存放砂子，存砂區(qū)201內(nèi)設(shè)置吸砂器202，吸砂器202通過運砂方管203與打包機204相連，吸砂器202將砂子從存砂區(qū)201經(jīng)由運砂方管203吸入打包機204中；打包機204將砂子打包成袋，打包機204采用現(xiàn)有技術(shù)；可動輥道傳送帶205采用現(xiàn)有技術(shù)，位于打包機204下部，沿駁船1橫向放置，滿足雙向傳送，依靠底部傳送帶滾輪206可移動伸出駁船1側(cè)舷；經(jīng)由打包機204打包好的砂袋落在位于其下方的可動輥道傳送帶205上，由可動輥道傳送帶205輸送至吊裝結(jié)構(gòu)5。

如圖2和圖4-5所示，縱向進給結(jié)構(gòu)3，包括：滑軌架31和輪式滑體32，通過輪式滑體32在滑軌架31上縱向滑動實現(xiàn)縱向進給。

如圖4所示，滑軌架31固接于駁船1船尾甲板上，縱向?qū)ΨQ，滑軌架31為由四條腿和四根橫梁組成的支撐架，兩矩形滑軌槽313分別設(shè)置在兩縱向橫梁上，滑軌槽313的槽壁上設(shè)有滑軌槽定位孔314，兩橫向橫梁上均設(shè)置滑動軸安裝臺312，滑動軸311安裝在兩滑動軸安裝臺312上，位于結(jié)構(gòu)縱向?qū)ΨQ面。

如圖5所示，輪式滑體32為左右兩側(cè)邊緣向下凸起的矩形平板滑車，其為縱向進給結(jié)構(gòu)的滑體；輪式滑體32中間厚、兩邊薄，中間厚段中心設(shè)有貫穿板體的滑體滑孔321，頂面中部安裝有三組電機輥軸組，板面兩側(cè)均設(shè)貫穿厚度的旋轉(zhuǎn)架安裝槽322；兩側(cè)凸起底面上設(shè)置一組輔助滑動的滑體滾輪323，凸起側(cè)面設(shè)置滑體定位孔324，凸起上方滑體表面兩側(cè)各設(shè)置有旋轉(zhuǎn)架支撐梁42。

如圖2所示，滑體滑孔321同心套接在滑動軸311上，滑體滾輪323嵌入滑軌槽313內(nèi)可滑動，通過定位銷325、滑軌槽定位孔314、滑體定位孔324的配合實現(xiàn)滑動結(jié)束定位。

如圖3和圖5-6所示，橫向進給結(jié)構(gòu)4，包括：旋轉(zhuǎn)架41和旋轉(zhuǎn)支撐梁42，通過旋轉(zhuǎn)支撐梁42推動旋轉(zhuǎn)架41轉(zhuǎn)動，改變旋轉(zhuǎn)架41橫向伸出量實現(xiàn)橫向進給。

如圖5所示，旋轉(zhuǎn)支撐梁42采用液壓推進控制，由可伸縮的液壓推進節(jié)422和支撐橫梁421組成，由液壓推進節(jié)422伸縮可使支撐橫梁421升高或降低，進而推動旋轉(zhuǎn)架41升高降低，改變橫向進給。液壓推進技術(shù)采用現(xiàn)有技術(shù)。

如圖6所示，旋轉(zhuǎn)架41，包括：兩根橫伸梁411和矩形橫向進給框412組成的框架結(jié)構(gòu)；橫伸梁411下端設(shè)有旋轉(zhuǎn)架滑孔413，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)架41套接于滑動軸311，繞軸轉(zhuǎn)動；橫向進給框412的長邊內(nèi)側(cè)面上有旋轉(zhuǎn)架滑槽414，其為旋轉(zhuǎn)架滑體52的滑槽。

如圖2所示，旋轉(zhuǎn)架滑孔413同心套接于滑動軸311上，并且卡于旋轉(zhuǎn)架安裝槽322內(nèi)，縱向進給結(jié)構(gòu)3可帶動旋轉(zhuǎn)架41縱向移動；如圖3所示，旋轉(zhuǎn)架41的兩根橫伸梁支于旋轉(zhuǎn)架支撐梁42上，依靠液壓推進節(jié)422伸縮可繞著滑動軸311轉(zhuǎn)動，改變橫向伸出量，帶動裝置吊裝結(jié)構(gòu)實現(xiàn)橫向進給。裝置兩側(cè)對稱都有旋轉(zhuǎn)支撐梁42，旋轉(zhuǎn)架41也可轉(zhuǎn)至駁船1另一側(cè)施工。

如圖2-3和圖6-7所示，吊裝結(jié)構(gòu)5由開合式吊桶51、旋轉(zhuǎn)架滑體52、各類鋼絲繩和電機輥軸組組成。

如圖6所示，旋轉(zhuǎn)架滑體52主體結(jié)構(gòu)是三根圓柱梁組成的“∏”型結(jié)構(gòu)，其為連接橫縱向進給結(jié)構(gòu)的進給量傳動于吊裝結(jié)構(gòu)5的主要部件；旋轉(zhuǎn)架滑體52的兩根長梁為滑體，嵌于旋轉(zhuǎn)架滑槽414內(nèi)，可滑動，牽引吊裝結(jié)構(gòu)5其他部件實現(xiàn)吊裝功能。

圖7-8所示，開合式吊桶51由方形桶體和開合門516通過銷孔連接組成，桶體吊耳512上連接有吊裝鋼絲繩511，開合門516上連接有開合控制鋼絲繩513；配合開合繩環(huán)524的形狀自適應(yīng)改變，開合門516可繞銷釘旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)開合。

如圖2和圖6-8所示，連接開合式吊桶51的吊裝鋼絲繩511和開合控制鋼絲繩513分別穿過旋轉(zhuǎn)架滑體52的三個球鉸拉環(huán)522、橫向進給框412小孔連接于升降控制電機輥軸組517和開合控制電機輥軸組518，組成了吊裝結(jié)構(gòu)5的升降控制結(jié)構(gòu)和開合控制結(jié)構(gòu)；起始于旋轉(zhuǎn)架滑體拉環(huán)521的伸縮鋼絲繩523穿過旋轉(zhuǎn)架拉環(huán)415連接于伸縮控制電機輥軸組524，組成了砂袋裝載控制結(jié)構(gòu)，開合式吊桶51通過旋轉(zhuǎn)架滑體52沿旋轉(zhuǎn)架滑槽414內(nèi)的滑動而隨動，實現(xiàn)吊裝結(jié)構(gòu)5近船裝載和遠船吊放；旋轉(zhuǎn)架滑體52嵌于旋轉(zhuǎn)架41內(nèi)，將橫縱向進給傳動于吊裝結(jié)構(gòu)5，實現(xiàn)吊裝位置的改變。

如圖2-3和圖8所示，裝置旋轉(zhuǎn)架41轉(zhuǎn)至駁船1另一側(cè)過程中，吊裝結(jié)構(gòu)5中球鉸拉環(huán)522和吊桶轉(zhuǎn)向扣515配合實現(xiàn)開合式吊桶51轉(zhuǎn)向駁船另一側(cè)，由圖8中吊桶轉(zhuǎn)向扣515將開合控制鋼絲繩513與開合式吊桶51分離，由圖2中兩邊球鉸拉環(huán)522分別向內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)，將開合式吊桶51穿過橫向進給框412至旋轉(zhuǎn)架41另一側(cè)，再將中間球鉸拉環(huán)422旋轉(zhuǎn)180°后由吊桶轉(zhuǎn)向扣515將開合式吊桶51和開合控制鋼絲繩513連接，如此，便可實現(xiàn)裝置轉(zhuǎn)至另一側(cè)。

如圖2所示，裝置的控制結(jié)構(gòu)6集中在控制室601內(nèi)，包括：吸砂器202、打包機204、可動輥道傳送帶205、伸縮控制電機輥軸組524、旋轉(zhuǎn)支撐梁42、升降控制電機輥軸組517、開合控制電機輥軸組518等結(jié)構(gòu)的控制單元，所有控制技術(shù)采用現(xiàn)有技術(shù)。

采用上述海底懸空管道雙自由度拋砂治裝置進行施工，包括以下步驟：

1、駁船1在港口將砂子裝于存砂區(qū)201，航行至施工處，即懸空管道附近水面，調(diào)整駁船1縱軸與懸空管道同向。

2、如圖2所示，進行橫向進給，使旋轉(zhuǎn)架41頂端正對施工位置縱向線，推動可動輥道傳送帶205伸出駁船邊緣一段，進行縱向進給，使開合吊桶51與可動輥道傳送帶205共線，打開吊裝結(jié)構(gòu)5近船裝載控制模塊開關(guān)，伸縮鋼絲繩523被放松，閉合狀態(tài)的開合式吊桶51將在重力作用下滑至可動輥道傳送帶205的下方，打開打包結(jié)構(gòu)2的控制單元，進行打包和裝載，滿載后，關(guān)閉打包結(jié)構(gòu)2，完成一次裝載。

3、裝置縱向進給到施工位置，用定位銷325進行施工定位。

4、打開吊裝結(jié)構(gòu)5的遠船吊放控制模塊開關(guān)，伸縮鋼絲繩523被收緊，牽引旋轉(zhuǎn)架滑體52以及開合式吊桶51至旋轉(zhuǎn)架41頂端。

5、打開吊裝結(jié)構(gòu)5下放控制模塊開關(guān)，吊裝鋼絲繩511下放，開合控制鋼絲繩513隨動，保持開合式吊桶51處于閉合狀態(tài)，下放至管道懸空處，打開開合控制模塊開關(guān)，開合控制鋼絲繩513被放松，開合式吊桶51打開，完成砂袋拋填。打開吊裝結(jié)構(gòu)5起吊控制模塊開關(guān)，吊裝鋼絲繩511上升，開合控制鋼絲繩513隨動，將開合式吊桶51拉回駁船處，控制處于閉合狀態(tài)，完成一次拋填。

6、裝置縱向進給回到裝載處。

7、重復(fù)步驟2-6，進行多次施工。通過裝置雙自由度運動系統(tǒng)不同進給方式實現(xiàn)懸空施工區(qū)全覆蓋。橫縱向進給定位均不變，進行同一位置多次施工。橫向進給定位不變，改變縱向進給定位，進行沿管道方向施工?？v向進給定位不變，改變橫向進給定位，進行垂直管道方向施工。

8、若施工區(qū)較大，可將旋轉(zhuǎn)架41轉(zhuǎn)至駁船1的另一側(cè)進行施工。

9、施工完畢，將可動輥道傳送帶205推回船上，通過橫向進給結(jié)構(gòu)4升高旋轉(zhuǎn)架41，將旋轉(zhuǎn)架41和開合式吊桶51收回船上，由駁船1將裝置運回港口。