一种水下气缸式动态平衡吊装作业装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种水下气缸式动态平衡吊装作业装置，应用于水下设备的快速吊装。该吊装作业装置依据气缸式动态平衡机理，并结合卧式气管调偏器和倾斜式双气缸的特殊构造，实施角度偏斜调整、振荡位移调整和水平漂移位移调整的水下作业流程，完成水下设备对接时的吊装；气管调偏器依据气管内微正压气体辅助角度调偏并平衡振荡载荷，保证气管的轴线与水下设备的中心线维持平行状态；气缸体、柱塞体和气缸密封器自上而下依次同轴心布置而组合成倾斜式双气缸，气缸体依据气筒内带压气体的受压和膨胀，同时柱塞体依据双柱塞的压力而实现吊装作业载荷的动态平衡并自动调整偏斜位移，密封器采用环形盒体和多重密封实现气缸体与柱塞体的密封。

Underwater cylinder type dynamic balance hoisting operation device and method

The invention provides an underwater cylinder type dynamic balancing hoisting operation device and method, which are applied to rapid hoisting of underwater equipment. According to the dynamic balance mechanism of cylinder type and the special structure of horizontal gas pipe polarizer and inclined double cylinder, the hoisting device carries out the underwater operation flow of angle deflection adjustment, oscillatory displacement adjustment and horizontal drift displacement adjustment, completes the hoisting of underwater equipment when docking, and the gas pipe polarizer is slightly positioned according to the trachea. Pressure gas assisted angle adjusting and balancing oscillating load ensure that the axis of the pipe and the center line of the underwater equipment maintain a parallel state; cylinder block, plunger block and cylinder seals are arranged from top to bottom in concentric order to form an inclined double cylinder, cylinder block according to the pressure and expansion of the pressurized gas in the cylinder, and the plunger body at the same time. According to the pressure of the double plunger, the dynamic balance of the hoisting load is realized and the deflection displacement is adjusted automatically.

【技术实现步骤摘要】
一种水下气缸式动态平衡吊装作业装置及方法
本专利技术涉及一种海洋工程领域水下设备对接时用的吊装作业装置及方法，特别是涉及一种采用气缸式动态平衡的水下吊装作业装置及其作业方法。
技术介绍
海洋工程领域水下设备通常造价高且体积庞大，为此通过海上施工船的吊机将水下设备下放至海底的吊装作业过程尤为重要。水下吊装作业过程中，水下设备会受到海浪和内波的联合作用，进而发生角度偏斜、振荡和水平漂移等运动，这会对所吊装水下设备的安全以及水下吊装的整个作业产生严重影响。应用于工程实际的水下吊装作业方法通常包括钻完井立管吊装作业和施工船垂直吊装作业，其中钻完井立管吊装作业方法起初由巴西石油公司提出，并成功完成了240吨水下管汇设备和940米水深的水下吊装作业，然而该水下吊装作业施工费用较高，吊装流程较为复杂而海上施工耗时较长，而且该吊装作业方法仅局限于钻完井立管等水下设备。施工船垂直吊装作业近年来研究较多，DriscollF.R.所研发的水下垂直吊装系统包括安装母船、缆绳和装有ROV的中继站，海浪和内波联合作用所引起的水下设备振荡位移和水平漂移位移有可能超过安装母船的运动，且剧烈的振荡可能会导致连接水下设备的缆绳反复发生张紧和松弛，缆绳由松弛变为张紧时产生的振荡载荷会最终在水下设备处产生巨大的载荷突变，并且严重影响缆绳的疲劳寿命。同时，水下设备被吊装至海底而进行水下安装的过程中，水下设备随缆绳的振荡和水平漂移会危及其自身的安全，甚至可能导致水下设备发生损坏。此外，国内的海上施工船垂直吊装作业技术和水下吊装设备尚处于研发阶段，还不具备独自完成深海作业的能力。
技术实现思路
为了有效解决水下设备的快速对接问题并克服现有水下吊装作业装置及其作业方案存在的缺陷和不足，本专利技术的目的是提供一种适用于水下设备快速对接的气缸式动态平衡吊装作业装置及其作业方法。该吊装作业装置依据气缸式动态平衡机理，并结合卧式气管调偏器和倾斜式双气缸的特殊构造，实施角度偏斜调整、振荡位移调整和水平漂移位移调整的水下作业流程，完成水下设备对接时的吊装作业。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种水下气缸式动态平衡吊装作业装置及方法，水下气缸式动态平衡吊装作业装置主要由气管调偏器、气缸体、柱塞体、气缸密封器和气缸座组成。该吊装作业装置整体设计为左右对称式构造，其气管调偏器、气缸体、气缸密封器和气缸座的主体部件材质均选用超级双向不锈钢，气缸体、柱塞体、气缸密封器和气缸座采用分体式结构且对称布置于气管调偏器的两侧端，而气管调偏器则采用单体式结构，同时气缸体、柱塞体和气缸密封器自上而下依次同轴心布置而组合成倾斜式双气缸，倾斜式双气缸通过调偏支座接于气管调偏器的正下方且其下部通过气缸座与水下设备连成一体。气管调偏器采用卧式管体，将吊绳和气缸体连成一体，依据气管内的微正压气体辅助角度调偏并平衡振荡载荷，保证气管的轴线与水下设备的中心线维持平行状态，它包括气管、调偏吊座和调偏支座。气管采用等截面的厚壁长管体，气管的两侧端设有法兰盘，并分别配置盘式堵头而将气管封隔成密闭的管腔。气管内存储微正压气体，辅助调整水下设备因内波作用所引发的角度偏斜，并平衡海浪和内波经吊绳所传递的振荡载荷，保证气管调偏器的轴线平行于水下设备的中心线。调偏吊座和调偏支座分别布置于气管的正上方和正下方，且调偏吊座和调偏支座均分为两组并沿轴向对称排列于气管的两侧。每组调偏吊座含有两个分吊座并沿垂向朝上放置，每个分吊座采用等腰梯形钢块，同时调偏吊座设置单个吊座圆孔并分别与吊装销轴配合而将气管调偏器接于吊绳的下端部。每组调偏支座含有两个分支座并沿垂向朝下放置，每个分支座采用矩形钢板，同时调偏支座沿长度方向等间距排列支座圆孔，用于调整倾斜式双气缸的倾斜角度，并分别与缸体销轴配合而实现气管调偏器和气缸体之间的连接。两套气缸体、柱塞体和气缸密封器组合成倾斜式双气缸，倾斜式双气缸采用两个气缸且与水平面之间呈仰角布置。气缸式动态平衡机理为，气缸体和柱塞体受拉时，气筒上筒腔内的带压气体发生膨胀同时其下筒腔内的带压气体受压，柱塞体偏离平衡位置并沿轴向朝下移动，而受到带压气体沿轴向朝上的作用力并平衡受拉载荷，柱塞体自动调整偏离位移并朝上移动而恢复至平衡位置；气缸体和柱塞体受压时，气筒上筒腔内的带压气体受压同时其下筒腔内的带压气体发生膨胀，柱塞体偏离平衡位置并沿轴向朝上移动，而受到带压气体沿轴向朝下的作用力并平衡受压载荷，柱塞体自动调整偏离位移并朝下移动而恢复至平衡位置。气缸体采用立式筒体，依据气筒内带压气体的受压和膨胀实现动态平衡，它包括气缸接头、气筒和气阀。气筒内存储带压气体，它包含上封头和下筒体两部分，气筒的上封头采用半椭圆形壳体，上封头的顶部设置柱形台座，上封头柱形台座的中央部位车制管螺纹盲孔，且上封头的底部端面设置圆环面，上封头柱形台座的轴线与上封头底部圆环面的中心线相重合。气筒的下筒体采用长圆筒，下筒体环腔内壁的直径等于上封头底部圆环面的内径，且下筒体的筒壁厚度等于上封头的壳体厚度，同时下筒体的顶端和上封头的底端通过圆周焊的方式连接在一起。气筒的内壁需要进行研磨处理，其下筒体的底部设置法兰盘，同时下筒体筒壁的上部和下部设有柱形圆台，下筒体两柱形圆台的中央部位车制管螺纹通孔并分别配置气阀，且下筒体两柱形圆台的轴线保持平行并均与气筒的轴线垂直相交。气阀为带压气体填充气筒上筒腔和下筒腔提供通道，气筒的上筒腔和下筒腔各配有一气阀，其中下筒体上部柱形圆台处的气阀为气筒的上筒腔填充带压气体，而下筒体下部柱形圆台处的气阀为气筒的下筒腔填充带压气体。气缸接头采用阶梯轴，气缸接头自上而下依次同轴心布置有上接头、锥状凸台、柱状凸台、柱状本体和下接头，其下接头通过螺纹连接将气缸接头与气筒连在一起，气缸接头中柱状本体的外环面直径等于气筒柱形台座的外径，气缸接头的柱状凸台通过其锥状凸台与上接头相连而避免由于截面的变化出现应力集中现象，气缸接头的上接头采用半柱形钢块和柱形钢块相结合的构造并通过缸体销轴与调偏支座相连接，上接头半柱形钢块的轴线与其柱形钢块的轴线垂直相交，同时上接头的半柱形钢块和柱形钢块结合部位的两侧铣有相互平行的两平面，且上接头两平面的间距小于调偏支座两分支座的间距。柱塞体通过气筒上筒腔和下筒腔内带压气体受压及膨胀所施加至双柱塞上的压力，实现吊装作业载荷的动态平衡，并自动调整水下设备的偏斜位移，它包括双柱塞、柱塞卡环、柱塞衬瓦、柱塞本体和柱塞端盖。双柱塞的材质选用耐磨性好且热膨胀系数低的铸铁，并且通体涂覆锡保护层，双柱塞采用同轴心布置的两个柱塞，并实现气缸体和柱塞体之间沿轴向往复滑移时的导向作用。同时，双柱塞将气筒封隔成上筒腔和下筒腔两个筒腔室，且柱塞本体的环腔容积与气筒上筒腔的筒腔容积之和等于气筒下筒腔的筒腔总容积，由此使得一个筒腔室内带压气体受压的同时另一个筒腔室内的带压气体进行膨胀，从而保证带压气体作用在双柱塞上的压力始终保持相同方向。双柱塞中的每个柱塞均采用空心环塞结构，双柱塞的横截面呈双口形，且双柱塞的外环面与气筒的环腔内壁之间精密配合而构成沿柱塞体轴向的移动副，同时双柱塞中每个柱塞的外环面上铣有等间距分层排列的环形沟槽，且每个柱塞沿轴向的两侧端布置单层环形沟槽，而每个柱塞的中部则设有双层环形沟槽，双柱塞的环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下气缸式动态平衡吊装作业装置及方法，该吊装作业装置整体设计为左右对称式构造，气缸体、柱塞体、气缸密封器和气缸座对称布置于气管调偏器的两侧端，气缸体、柱塞体和气缸密封器自上而下依次同轴心布置而组合成倾斜式双气缸，倾斜式双气缸采用两个气缸且与水平面之间呈仰角布置；该吊装作业装置依据气缸式动态平衡机理，并结合卧式气管调偏器和倾斜式双气缸的特殊构造，实施角度偏斜调整、振荡位移调整和水平漂移位移调整的水下作业流程，完成水下设备对接时的快速吊装，其特征在于：一气管调偏器；所述气管调偏器采用卧式管体，依据气管内的微正压气体辅助角度调偏和平衡振荡载荷，气管采用等截面的厚壁长管体，气管的两侧端分别配置盘式堵头而将气管封隔成密闭的管腔；调偏吊座和调偏支座均分为两组并沿轴向对称排列于气管的两侧，调偏吊座设置单个吊座圆孔，而调偏支座沿长度方向等间距排列支座圆孔；一气缸体；所述气缸体采用立式筒体，依据气筒内带压气体的受压和膨胀实现动态平衡，气筒的上封头采用半椭圆形壳体，其下筒体采用长圆筒，下筒体筒壁的上部和下部设有柱形圆台，气筒的上筒腔和下筒腔各配有一气阀，气缸接头采用阶梯轴，气缸接头的柱状凸台通过其锥状凸台与上接头相连，气缸接头的上接头采用半柱形钢块和柱形钢块相结合的构造；一柱塞体；所述柱塞体中的双柱塞采用同轴心布置的两个柱塞，双柱塞将气筒封隔成上筒腔和下筒腔两个筒腔室，带压气体作用在双柱塞上的压力始终保持相同方向，双柱塞中的每个柱塞均采用空心环塞结构，双柱塞的横截面呈双口形，双柱塞中每个柱塞的外环面上铣有等间距分层排列的环形沟槽且其上部和下部分别铣有矩形凹槽，双柱塞的矩形凹槽内配置柱塞衬瓦，双柱塞中每个柱塞的环腔内壁两侧端铣有环形卡槽，双柱塞的环形卡槽内配置柱塞卡环；柱塞卡环采用截面呈L形的全环体，柱塞衬瓦采用截面呈矩形的全环体，柱塞衬瓦的外环面设有沿轴向分层布置的凹沟，柱塞本体采用长管体，且柱塞端盖采用盘体；一气缸密封器；所述气缸密封器采用环形盒体和多重密封实现气缸体与柱塞体间的密封，密封本体的上端和下端分别配有法兰盘，密封衬套、密封压盖和密封端盖均采用扁盘体且由上而下依次同轴心布置，密封压盖分层排列于密封本体内，密封衬套沿轴向依次设置环锥状定位台和环形衬台，密封端盖沿轴向依次设置环形推台和环形端盖，密封衬套和密封压盖的下端面均铣有锥形沟槽且其内分别配置密封填料，实现气筒与柱塞本体间的多重密封；一气缸座；所述气缸座和水下设备的导向支座之间通过缸座销轴构成转动副，每个柱塞体的柱塞端盖上配置一组气缸座；所述角度偏斜调整作业依据气管调偏器和倾斜式双气缸完成水下设备的角度调偏，振荡位移调整作业依据气管调偏器和倾斜式双气缸自动调整水下设备的振荡位移，水平漂移位移调整作业依据倾斜式双气缸自动调整水下设备的水平漂移位移。...

【技术特征摘要】
1.一种水下气缸式动态平衡吊装作业装置及方法，该吊装作业装置整体设计为左右对称式构造，气缸体、柱塞体、气缸密封器和气缸座对称布置于气管调偏器的两侧端，气缸体、柱塞体和气缸密封器自上而下依次同轴心布置而组合成倾斜式双气缸，倾斜式双气缸采用两个气缸且与水平面之间呈仰角布置；该吊装作业装置依据气缸式动态平衡机理，并结合卧式气管调偏器和倾斜式双气缸的特殊构造，实施角度偏斜调整、振荡位移调整和水平漂移位移调整的水下作业流程，完成水下设备对接时的快速吊装，其特征在于：一气管调偏器；所述气管调偏器采用卧式管体，依据气管内的微正压气体辅助角度调偏和平衡振荡载荷，气管采用等截面的厚壁长管体，气管的两侧端分别配置盘式堵头而将气管封隔成密闭的管腔；调偏吊座和调偏支座均分为两组并沿轴向对称排列于气管的两侧，调偏吊座设置单个吊座圆孔，而调偏支座沿长度方向等间距排列支座圆孔；一气缸体；所述气缸体采用立式筒体，依据气筒内带压气体的受压和膨胀实现动态平衡，气筒的上封头采用半椭圆形壳体，其下筒体采用长圆筒，下筒体筒壁的上部和下部设有柱形圆台，气筒的上筒腔和下筒腔各配有一气阀，气缸接头采用阶梯轴，气缸接头的柱状凸台通过其锥状凸台与上接头相连，气缸接头的上接头采用半柱形钢块和柱形钢块相结合的构造；一柱塞体；所述柱塞体中的双柱塞采用同轴心布置的两个柱塞，双柱塞将气筒封隔成上筒腔和下筒腔两个筒腔室，带压气体作用在双柱塞上的压力始终保持相同方向，双柱塞中的每个柱塞均采用空心环塞结构，双柱塞的横截面呈双口形，双柱塞中每个柱塞的外环面上铣有等间距分层排列的环形沟槽且其上部和下部分别铣有矩形凹槽，双柱塞的矩形凹槽内配置柱塞衬瓦，双柱塞中每个柱塞的环腔内壁两侧端铣有环形卡槽，双柱塞的环形卡槽内配置柱塞卡环；柱塞卡环采用截面呈L形的全环体，柱塞衬瓦采用截面呈矩形的全环体，柱塞衬瓦的外环面设有沿轴向分层布置的凹沟，柱塞本体采用长管体，且柱塞端盖采用盘体；一气缸密封器；所述气缸密封器采用环形盒体和多重密封实现气缸体与柱塞体间的密封，密封本体的上端和下端分别配有法兰盘，密封衬套、密封压盖和密封端盖均采用扁盘体且由上而下依次同轴心布置，密封压盖分层排列于密封本体内，密封衬套沿轴向依次设置环锥状定位台和环形衬台，密封端盖沿轴向依次设置环形推台和环形端盖，密封衬套和密封压盖的下端面均铣有锥形沟槽且其内分别配置密封填料，实现气筒与柱塞本体间的多重密封；一气缸座；所述气缸座和水下设备的导向支座之间通过缸座销轴构成转动副，每个柱塞体的柱塞端盖上配置一组气缸座；所述角度偏斜调整作业依据气管调偏器和倾斜式双气缸完成水下设备的角度调偏，振荡位移调整作业依据气管调偏器和倾斜式双气缸自动调整水下设备的振荡位移，水平漂移位移调整作业依据倾斜式双气缸自动调整水下设备的水平漂移位移。2.根据权利要求1所述的水下气缸式动态平衡吊装作业装置及方法，其特征在于：所述气缸体、柱塞体、气缸密封器和气缸座采用分体式结构，而气管调偏器则采用单体式结构，倾斜式双气缸通过调偏支座接于气管调偏器的正下方，且倾斜式双气缸的下部通过气缸座与水下设备连成一体，两套气缸体、柱塞体和气缸密封器组合成倾斜式双气缸。3.根据权利要求1所述的水下气缸式动态平衡吊装作业装置及方法，其特征在于：所述气管调偏器的气管内存储微正压气体，辅助调整水下设备因内波作用所引发的角度偏斜，并平衡海浪和内波经吊绳所传递的振荡载荷，保证气管调偏器的轴线平行于水下设备的中心线；所述调偏吊座和调偏支座分别布置于气管的正上方和正下方，每组调偏吊座含有两个分吊座并沿垂向朝上放置，每组调偏支座含有两个分支座并沿垂向朝下放置，每个分支座采用矩形钢板，同时调偏支座等间距排列的支座圆孔用于调整倾斜式双气缸的倾斜角度。4.根据权利要求1所述的水下气缸式动态平衡吊装作业装置及方法，其特征在于：所述气缸体的气筒内存储带压气体，气筒包含上封头和下筒体两部分，上封头的顶部设置柱形台座，且上封头的底部端面设置圆环面，上封头柱形台座的轴线与上封头底部圆环面的中心线相重合，下筒体环腔内壁的直径等于上封头底部圆环面的内径，且下筒体的筒壁厚度等于上封头的壳体厚度；气筒的下筒体两柱形圆台的中央部位车制管螺纹通孔并分别配置气阀，且下筒体两柱形圆台的轴线保持平行并均与气筒的轴线垂直相交；所述气阀为带压气体填充气筒上筒腔和下筒腔提供通道，下筒体上部柱形圆台处的气阀为气筒的上筒腔填充带压气体，下筒体下部柱形圆台处的气阀为气筒的下筒腔填充带压...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘春花，刘新福，周超，陈凤官，王国栋，许晨，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37