浅水海底缆线石块精确填埋设备及方法技术

本发明专利技术提供了一种浅水海底缆线石块精确填埋设备，包括装载有石料的抛石船，其特征在于，还包括：动力定位系统；N段可首尾相接及可拆卸的抛石管；管端精确定位装置；抛石装置。本发明专利技术的另一个技术方案是提供了一种浅水海底缆线石块精确填埋方法。本发明专利技术适用于在浅水区域抛石对海底缆线进行填埋保护。采用柔性抛石管和抛石管下方的管端精确定位装置来适度调整抛石位置，补偿由于船体本身动力定位造成的精度不足，并由抛石装置本身的流量控制器来控制流量，来达到抛石精度和力度的精准控制。从而提高抛石填埋的效率。

【技术实现步骤摘要】
浅水海底缆线石块精确填埋设备及方法
本专利技术涉及一种浅水海底缆线石块精确填埋设备以及基于上述设备的浅水海底缆线石块精确填埋方法。
技术介绍
海底缆线铺设完成以后，由于海底凸凹不平、地质条件不均匀、铺设效果不稳定等原因，海底缆线会在局部区域裸露在海床上。为避免海流冲刷或者船锚钩带，通常采用抛石填埋的方法进行保护。这种方法相对有效和经济。针对海底缆线填埋的抛石技术已经在海洋油气工程中得到广泛的应用。传统的抛石填埋方式包括以下类型：1)侧向倾覆式抛石作业：货船上设置多个可倾覆式石料舱。作业时由液压装置将石料舱侧向倾覆，将石块推入海中。2)船载挖掘机抛石作业：由货船携带挖掘机。作业时用铲斗将石料逐铲送入海中。3)侧向固定抛石管抛石作业：由专门建造或改装而成的抛石船，其舷侧设置固定抛石管。石料经过漏斗、流量控制器、传送带等传送至抛石管进行侧面抛送。上述三种传统抛石作业，其共同的特点是精度较低。即使有些船舶配置动力定位系统，但其控制船身保持位置的能力仍不足以满足抛石填埋缆线的需求。精度达不到要求，意味着需要消耗更多石料，或者需要补偿作业以及补偿检测，浪费材料且耗时费力，经济性低下且成本难以控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提高抛石精度，以有效保护裸露在海床上的海底缆线。为了达到上述目的，本专利技术的一个技术方案是提供了一种浅水海底缆线石块精确填埋设备，包括装载有石料的抛石船，将竖直方向上抛石船所在方向定义为上方，且将浅水海底缆线所在方向定义为下方，其特征在于，还包括：动力定位系统，依据精确路由勘察确定的坐标将抛石船在待保护的浅水海底缆线上方进行定位；N段可首尾相接及可拆卸的抛石管，N≥2，M段抛石管首尾相接后，1≤M≤N，石料经由抛石管下落并覆盖待保护的浅水海底缆线，将首尾相接后位于下方的第一段抛石管定义为第一抛石管，其他抛石管由下至上依序定义为第m抛石管，m＝1，...，M；管端精确定位装置，固定在第一抛石管的下端，用于驱动首尾相接的M段抛石管的下端在一定范围内水平移动；抛石装置，包括用于储存N段抛石管的抛石管存储架、用于将抛石管从抛石管存储架上转移出来的抛石管连接装置、小端开口与首尾相接的M段抛石管相接且大端开口用于导入石料的漏斗、位于漏斗与M段抛石管相接处且用于调整石料流量的流量控制器。优选地，所述动力定位系统包括中央控制单元一、船身位置传感器、船身姿态传感器及布置于所述抛石船四周各个方向和位置的推进器，中央控制单元一根据船身位置传感器获取的所述抛石船的实时船身位置信息及船身姿态传感器获得的所述抛石船的实时船身姿态信息，结合依据精确路由勘察确定的坐标，控制相应位置及方向的推进器，使得所述抛石船在待保护的浅水海底缆线上方定位。优选地，还包括：超短基线定位系统，利用水下定位方式，辅助抛石船在待保护的浅水海底缆线上方进行定位；多普勒计程仪，抛石船在待保护的浅水海底缆线上方进行定位的过程中，用于对抛石船进行导航系统校准。优选地，所述管端精确定位装置与所述第一抛石管之间采用非刚性的连接方式，使得所述第一抛石管可上下滑动，且使得所述第一抛石管可相对所述管端精确定位装置摆动；首尾相接的所述M段抛石管中，相邻两段抛石管之间采用非刚性的连接方式，使得一段抛石管可相对另一段抛石管上下滑动，且使得一段抛石管可相对另一段抛石管摆动。优选地，所述抛石装置还包括用于调整首尾相接的M段抛石管的高度的抛石管运动控制器。优选地，所述管端精确定位装置包括钢结构框架、螺旋桨推进器、位置探测装置、中央控制单元二及脐带缆，钢结构框架固定在所述第一抛石管的下端，固定在钢结构框架外侧的位置探测装置用于探测管端精确定位装置当前所处的实时精确位置，位置探测装置得到的实时精确位置信息发送给设于钢结构框架上的中央控制单元二，由中央控制单元二根据实时精确位置信息及预设位置信息得出调整位置信息，并根据调整位置信息控制设于钢结构框架上的螺旋桨推进器从而调整所述M段抛石管的下端的位置，由脐带缆为螺旋桨推进器及中央控制单元二供给电能，且中央控制单元二与抛石船的操控中心经由脐带缆建立数据通信。优选地，所述管端精确定位装置还包括用于检测石料在浅水海底缆线上填埋效果的效果检测装置，效果检测装置将获得的数据传输给所述中央控制单元二；在抛石过程中，由效果检测装置实时对海床进行扫描并将数据传输到船上的操控中心，或者所填埋的浅水海底缆线长度达到预设值以后，抛石船沿线缆路径缓速返回，在返回过程中，通过效果检测装置对填埋效果进行核查。本专利技术的另一个技术方案是提供了一种浅水海底缆线石块精确填埋方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、装载有石料的抛石船航行至待填埋的浅水海底缆线所处海域，到达填埋地点位置附近以后，启动动力定位系统，依据精确路由勘察确定的坐标由动力定位系统通过调整船身姿态及船身位置将抛石船在浅水海底缆线上方进行定位，使得抛石船距离精确的填埋开始地点不超过150米；步骤2、由抛石管连接装置将第一抛石管从抛石管储存架上转移出来，管端精确定位装置与第一抛石管的下端相连后，将第一抛石管与管端精确定位装置共同竖直吊放入水，随后将后续的M-1段抛石管与第一抛石管依次首尾相接相连。步骤3、由管端精确定位装置进行精确的实时探位，并依据实时探位数据一定范围内水平移动M段抛石管的下端的位置，使得M段抛石管的下端对准填埋目标位置；步骤4、石料通过漏斗，经由流量控制器输运到M段抛石管中并沿抛石管下抛至目标位置形成石块填埋层，抛石过程中，抛石船沿既定航线及航速航行。优选地，在步骤4中，所述抛石过程中，抛石装置的抛石管运动控制器通过液压系统对M段抛石管的高度进行调整，以补偿由于抛石船的船身运动造成的高度变化，使M段抛石管的下端距离海床的高度保持在1至2米之间。优选地，在步骤1中，抛石船搭载的石料分为直径为50-200mm的粗石料及直径为10-80mm的细石料，则所述步骤4包括：步骤4-1、将细石料通过抛石装置输运到M段抛石管中并沿抛石管下抛至目标位置，通过效果检测装置确认细石料将浅水海底缆线下方的悬空空间填充完整，并填埋到整个浅水海底缆线以后，细石料的抛洒工作即完成，形成细石料层；步骤4-2、将粗石料通过抛石装置输运到M段抛石管中并沿抛石管下抛至细石料已经填埋过的位置，通过效果检测装置实时监测填埋堆的尺寸直到达到预设的截面尺寸，形成粗石料层。本专利技术适用于在浅水区域抛石对海底缆线进行填埋保护。采用柔性抛石管和抛石管下方的管端精确定位装置来适度调整抛石位置，补偿由于船体本身动力定位造成的精度不足，并由抛石装置本身的流量控制器来控制流量，来达到抛石精度和力度的精准控制。从而提高抛石填埋的效率。附图说明图1是本专利技术浅水海底缆线石块精确填埋设备整体的结构示意图；图2是本专利技术中管端精确定位装置的结构示意图；图3是填埋石料层的结构示意图；图4是本专利技术中第一抛石管与管端精确定位装置连接的示意图；图5是本专利技术中的抛石装置结构示意图。具体实施方式为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。如图1所示，本专利技术提供了一种浅水海底缆线石块精确填埋设备，包括装载有石料的抛石船1，抛石船1具有操控中心。本专利技术中，将竖直方向上抛石船1所在方向定义为上方，且将浅水海底缆线8所在方向定义为下方。抛石船1上有动力定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种浅水海底缆线石块精确填埋设备，包括装载有石料的抛石船(1)，将竖直方向上抛石船(1)所在方向定义为上方，且将浅水海底缆线(8)所在方向定义为下方，其特征在于，还包括：动力定位系统(5)，依据精确路由勘察确定的坐标将抛石船(1)在待保护的浅水海底缆线(8)上方进行定位；N段可首尾相接及可拆卸的抛石管，N≥2，M段抛石管首尾相接后，1≤M≤N，石料经由抛石管下落并覆盖待保护的浅水海底缆线(8)，将首尾相接后位于下方的第一段抛石管定义为第一抛石管(3)，其他抛石管由下至上依序定义为第m抛石管(4)，m＝1，...，M；管端精确定位装置(2)，固定在第一抛石管(3)的下端，用于驱动首尾相接的M段抛石管的下端在一定范围内水平移动；抛石装置(9)，包括用于储存N段抛石管的抛石管存储架(95)、用于将抛石管从抛石管存储架(95)上转移出来的抛石管连接装置(93)、小端开口与首尾相接的M段抛石管相接且大端开口用于导入石料的漏斗(91)、位于漏斗(91)与M段抛石管相接处且用于调整石料流量的流量控制器(92)。

【技术特征摘要】
1.一种浅水海底缆线石块精确填埋设备，包括装载有石料的抛石船(1)，将竖直方向上抛石船(1)所在方向定义为上方，且将浅水海底缆线(8)所在方向定义为下方，其特征在于，还包括：动力定位系统(5)，依据精确路由勘察确定的坐标将抛石船(1)在待保护的浅水海底缆线(8)上方进行定位；N段可首尾相接及可拆卸的抛石管，N≥2，M段抛石管首尾相接后，1≤M≤N，石料经由抛石管下落并覆盖待保护的浅水海底缆线(8)，将首尾相接后位于下方的第一段抛石管定义为第一抛石管(3)，其他抛石管由下至上依序定义为第m抛石管(4)，m＝1，...，M；管端精确定位装置(2)，固定在第一抛石管(3)的下端，用于驱动首尾相接的M段抛石管的下端在一定范围内水平移动；抛石装置(9)，包括用于储存N段抛石管的抛石管存储架(95)、用于将抛石管从抛石管存储架(95)上转移出来的抛石管连接装置(93)、小端开口与首尾相接的M段抛石管相接且大端开口用于导入石料的漏斗(91)、位于漏斗(91)与M段抛石管相接处且用于调整石料流量的流量控制器(92)。2.如权利要求1所述的一种浅水海底缆线石块精确填埋设备，其特征在于，所述动力定位系统(5)包括中央控制单元一、船身位置传感器、船身姿态传感器及布置于所述抛石船(1)四周各个方向和位置的推进器，中央控制单元一根据船身位置传感器获取的所述抛石船(1)的实时船身位置信息及船身姿态传感器获得的所述抛石船(1)的实时船身姿态信息，结合依据精确路由勘察确定的坐标，控制相应位置及方向的推进器，使得所述抛石船(1)在待保护的浅水海底缆线(8)上方定位。3.如权利要求1所述的一种浅水海底缆线石块精确填埋设备，其特征在于，还包括：超短基线定位系统，利用水下定位方式，辅助抛石船(1)在待保护的浅水海底缆线(8)上方进行定位；多普勒计程仪，抛石船(1)在待保护的浅水海底缆线(8)上方进行定位的过程中，用于对抛石船(1)进行导航系统校准。4.如权利要求1所述的一种浅水海底缆线石块精确填埋设备，其特征在于，所述管端精确定位装置(2)与所述第一抛石管(3)之间采用非刚性的连接方式，使得所述第一抛石管(3)可上下滑动，且使得所述第一抛石管(3)可相对所述管端精确定位装置(2)摆动；首尾相接的所述M段抛石管中，相邻两段抛石管之间采用非刚性的连接方式，使得一段抛石管可相对另一段抛石管上下滑动，且使得一段抛石管可相对另一段抛石管摆动。5.如权利要求4所述的一种浅水海底缆线石块精确填埋设备，其特征在于，所述抛石装置(9)还包括用于调整首尾相接的M段抛石管的高度的抛石管运动控制器(94)。6.如权利要求1所述的一种浅水海底缆线石块精确填埋设备，其特征在于，所述管端精确定位装置(2)包括钢结构框架(21)、螺旋桨推进器(22)、位置探测装置(23)、中央控制单元二(25)及脐带缆(26)，钢结构框架(21)固定在所述第一抛石管(3)的下端，固定在钢结构框架(21)外侧的位置探测装置(23)用于探测管端精确定位装置(2)当前所处的实时精确位置，位置探测装置(23)得到的实时精确位置信息发送给设于钢结构框架(21)上的中央控制单元二...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚华俊，周烨琦，裘忠良，
申请(专利权)人：中英海底系统有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31