具体实施方式

图3示出了根据本公开的一个方面的处于缩回状态的夹持系统或双夹持件布置210。双夹持件布置210采用两个夹持件，其包括第一夹持件211和第二夹持件212。第一夹持件211是下部夹持件(或套环)，其保持管路101的一些或全部轴向载荷，而没有力矩阻力。第一夹持件211可以是例如摆动摩擦或套环夹持件，其约束管路101的轴向运动但允许管路101摆动。第二夹持件212是上部夹持件，其在第一夹持件211上方固定管路101的上端，并约束弯矩以允许在管路101的上端处进行焊接或其他操作。第二夹持件212可以是摩擦或套环夹持件，其被刚性支承并约束管路101摆动。使用双夹持件211和212，通过位于弯矩和弯曲应力低的位置的下部第一夹持件211，在第二夹持件212(例如，力矩约束夹持件)下方一定距离将高轴向应力去除。夹持件211、212的功能分离(例如，第二夹持件212的力矩约束和第一夹持件211的轴向约束)减少了对管路101的损坏和疲劳。因此，可以利用小(且成本更低)的船舶来执行深水管路铺设。

第二夹持件212是上部夹持件，而第一夹持件211是下部夹持件。第二夹持件212和第一夹持件211通过致动器213可操作地联接。致动器213中的每个致动器包括缸体，比如液压缸或气压缸。致动器213联接到第二夹持件212的基部220，并联接到第一夹持件211的支承件221。为了促进致动器213与夹持件211、212之间的相对运动，致动器213通过可动连接件222在第一端处联接到支承件221并且在第二端处联接到基部220。可动连接件222可以是枢转连接件，如图所示，或者是诸如球形轴承(例如球轴承)或球窝接头之类的连接件类型，以提供增加的运动范围。在一个示例中，致动器213上端处的可动连接件222相对于致动器213下端处的可动连接件222以90度枢转。虽然本公开的方面是关于致动器213的液压缸来描述的，但是也设想了其他致动或延伸连接构件，并且不必是圆柱形的。

第一夹持件211相对于第二夹持件212可移动和/或第二夹持件212相对于第一夹持件211可移动。本公开设想了使第一夹持件211或第二夹持件212中的一个相对于第一夹持件211或第二夹持件212中的另一个移动可以包括使第一夹持件211或第二夹持件212中的另一个移动。例如，本公开设想了使第二夹持件212相对于第一夹持件211移动可以包括致动致动器213以使第一夹持件211移动，而第二夹持件212保持静止。

图4A和图4B示出了根据本公开的一方面的处于伸出位置的图3的双夹持件布置。第二夹持件212和第一夹持件211可使用致动器213在图4A和4B所示的伸出位置与图3所示的缩回位置之间致动。当铺设较大直径的管路时，高弯矩可能会在第二夹持件212下方延伸相当大的距离。在这种情况下，第一夹持件211可沿着管路101轴向降低到弯矩在可接受极限内的深度，然后固定在管路101上。在一个示例中，具有例如液压或气压缸的多个致动器213(示出了四个)可以促进夹持件211和212之间的致动。为了促进第一夹持件211相对于管路101的运动，第一夹持件211在其上端和/或下端处可以包括多个滚子225，以接合管路101。在将第一夹持件211和第二夹持件212都夹到管路101之后，支承第一夹持件211的致动缸213张紧，从而承受部分或全部悬链线顶部张力。

在图4A和4B的示例中，双夹持件布置210的第一夹持件211完全伸出并保持管路101的轴向载荷，而没有力矩约束，而第二夹持件212仅约束弯矩。第一夹持件211悬挂在致动器213上，并且在液压蓄能器上的压力保持恒定的同时，可以设置环空压力以支承特定载荷。

在可以与其他实施例结合的一个实施例中，可以设想的是，由第一夹持件211支承的管路顶部张力的比例可从零向上调节至期望值。在这样做时，可以设想的是，夹持件211、212之间的管路101可以被压缩。通过使用这种压缩，可控制在夹持件211、212之间的管路101中的轴向应力。夹持件211、212之间的轴向应力例如可使用致动器213来控制，比如通过一个或多个致动器213来改变施加在基部201和支承件221之间的力的大小和/或方向。在一个示例中，一个或多个致动器213至少部分地缩回以轴向地向夹持件211、212之间的管路101施加压缩应力。在一个示例中，减小了施加的用于致动一个或多个致动器213的致动力，以将压缩应力轴向地施加到夹持件211、212之间的管路101。一个或多个致动器213可以在第一夹持件211上向上拉，以将压缩应力轴向地施加到夹持件211、212之间的管路101。在一个示例中，可以施加压缩应力，使得该压缩应力大于由力矩引起的弯曲应力，从而导致在管路101中几乎没有拉伸弯曲应力。

因此，所公开的双夹持件布置210有助于至少部分地通过减轻由其引起的拉伸弯曲应力来减小或完全消除管路101的疲劳损坏。这通过第二夹持件212和第一夹持件211之间的管路101中的轴向和弯曲应力分布来说明，如下图5所示。然而，本公开不限于此，因为下部第一夹持件211可不相对于上部第二夹持件212张紧，从而第一夹持件211不会在夹持件211、212之间的管路101中引起压缩。例如，在下部夹持件211已经相对于第二夹持件212移动到期望位置之后，致动器213或致动器213的缸体可被锁定(例如，液压地锁定)使得致动器213类似于固定的连杆起作用。如果用作固定的连杆，则致动器213可以防止波动的轴向应力(例如，来自船舶的起伏)，该波动的轴向应力通过第一夹持件211平移并到达夹持件211、212之间的管路101。

本公开设想了可以使用连杆机构来代替致动器213。例如，可以使用在其每个端部具有球形轴承的连杆来代替每个致动器213，以便于降低成本。

本公开还设想了贯穿全文描述的致动器，比如致动器213，可完全延伸并锁定在适当的位置以用作刚性连杆。

图5A-5C示出了根据不同夹持构造的应力分布。图5A示出了单个夹持件501和管路503，以及在单个夹持件501下方的管路503的应力分布图504。在图5A中，轴向应力505和弯曲应力507合并为总应力509。图5B示出了根据本公开的一个方面的没有引起的轴向压缩的双夹持件布置。双夹持件布置包括第一夹持件511，在第一夹持件511上方的第二夹持件513。第一夹持件511和第二夹持件513夹到管路515。图5B还示出了第二夹持件513下方的管路515的应力分布图516。在图5B中，轴向应力517和弯曲应力519合并为总应力521。在图5B的双夹持件布置中，双夹持件布置完全由第一夹持件511轴向支承。

图5C示出了根据本公开的一个方面的带有引起的轴向压缩的双夹持件布置。双夹持件布置包括第一夹持件529和在第一夹持件529上方的第二夹持件531。第一夹持件529和第二夹持件531夹到管路533。图5C还示出了第二夹持件531下方的管路533的应力分布图535。在图5C中，轴向应力523和弯曲应力525合并为总应力527。压缩应力轴向地施加到第一夹持件529和第二夹持件531之间的管路515的一部分。第一夹持件529用于向管515的该部分施加压缩应力。

如在图5C的双夹持件布置中所示，其中在夹持件529、531之间引起轴向压缩，弯曲应力被显著减小。在图5C的双夹持件布置中，与在图5B中相同位置处的总应力521和在图5A中的相同位置处的总应力509相比，在第一夹持件529和第二夹持件531之间的该部分中减小了管路533的总应力527。

图6示出了根据本公开的一个方面的夹持件611。夹持件611可以用作夹持件211或212中的一个或两个。

传统的摩擦夹紧夹持件包括多层，每层支承顶部张力载荷的一部分。这些层约束了管路的轴向载荷和弯矩，为管路提供了非常坚固的“端部固定”支承。尽管常规的摩擦夹紧夹持件能够支承管路，但是如上所述，由于在夹持件基部处的轴向应力和弯曲应力的组合(以及高剪切应力)，这种支承导致高的管路应力。

相反，夹持件611利用一个或多个上部层620a-620d(示出了四个)来提供轴向力矩和弯矩的支承，并且一个或多个下部层621a-621c(示出了三个)作为可变刚度弹簧。下部层621a-621c的弹簧刚度的可变性是通过控制可变的“挤压”缸(比如下面描述的缸636)中的液压压力来实现的。液压压力能够通过蓄能器622(示出六个)保持在恒定值。这种支承方式导致夹持件611的下部层621a-621c更顺应，从而在夹持件611的基部处“弱化”对管路101的支承。这继而减小了在管路101中引起的弯曲应力。每个蓄能器622可包括与液压液侧分离的气体侧，以有助于维持一定的压力。蓄能器622可以用作气体弹簧。

示出的夹持件611具有四个上部层620a-620d和三个下部层621a-621c，但是，可以设想的是，夹持件611能够利用足够数量的上部层和/或下部层来延伸或缩回以提供期望的支承刚度。

夹持件611的每层620包括壳体630、设置在壳体630中的一个或多个致动夹持构件631、以及在壳体630的径向向外端处的入口632，用于接收信号或流体以致动致动夹持构件631与管路101接合。在一个示例中，流体通过入口632进入用于每个致动夹持构件631的缸体636。每层621a-621c被类似地构造，但是每个致动夹持构件631还包括各自的蓄能器622和每个蓄压器622的相应压力计634(标记了一个)。

在一个示例中，每个壳体630是圆筒形构件，该圆筒形构件构造成在其周围径向地容纳多个致动夹持构件631。在一个示例中，每个壳体630是离散构件，其构造成容纳单独的致动夹持构件631。致动夹持构件可以围绕管路101彼此以预定的角向距离设置，比如180度、120度、或90度。

本公开设想了夹持件611可以以单夹持件构造而不是双夹持件构造使用。在这样的示例中，由于下部层621a-621c的弹簧刚度的可变性，夹持件611不需要第二夹持件就可以充分减轻弯曲应力。

图7A-7E示出了根据本公开的一个方面的夹持系统710。夹持系统710包括用于支承管路101的下部夹持件711和上部夹持件712。与以上实施例一样，下部夹持件711可以是摆动摩擦或套环夹持件，其约束管路101的轴向运动但允许管路101摆动。此外，上部夹持件712在下部夹持件711上方固定到管路101，并约束弯矩，以允许在管路101的上端处进行焊接或其他操作。上部夹持件712可以是摩擦或套环夹持件，其被刚性支承并约束管路101摆动。

如图所示的夹持系统710包括外壳730和联接到外壳730并由其支承的诸如塔架之类的顶部结构732。顶部结构732被示为通过销734可旋转地联接到外壳730。下部夹持件711和上部夹持件712被支承并联接到顶部结构732，比如通过各自被单独地支承并联接到顶部结构732。

上部夹持件712可平移地联接到顶部结构732，比如通过致动器或滑轮736。如图所示，滑轮736联接到上部夹持件712，并且绞盘或滑车可使用带有滑轮736的绳索或张紧器以相对于顶部结构732平移和移动上部夹持件712。绳索或张紧器可在第一端处附连到滑轮736，并且在第二端处附连到顶部结构732。下部夹持件711比如通过可移动连接件或球形轴承738(例如，球轴承)可旋转地联接到顶部结构732。连杆740用于将下部夹持件711联接到顶部结构732，并且球形轴承738可以在连杆740的一端或两端处使用，以将下部夹持件711可旋转地联接到上部结构732。

如同图3、4A和4B中所示的方面一样，下部夹持件711和上部夹持件712相对于彼此可移动，比如当每个夹持件711、712支承管路101时，或者当夹持件711、712中的仅一个支承管路101时。例如，夹持件711、712可沿管路101的纵向轴线190相对于彼此移动，从而调节下部夹持件711和上部夹持件712之间的距离750。在图7A-7E所示的方面中，通过使上部夹持件712相对于顶部结构732移动，比如通过滑轮736，上部夹持件712和下部夹持件711可沿着管路101的纵向轴线190相对于彼此移动。

通过致动每个连杆740的一个或多个致动器以使下部夹持件711相对于顶部结构732移动，上部夹持件712和下部夹持件711也可沿管路101的纵向轴线190相对于彼此移动。一个或多个致动器中的每个致动器包括液压缸和/或气压缸，并且连接到向液压缸或气压缸供应加压流体的蓄能器。在一个示例中，一个或多个致动器用作连杆740，并且在第一端处通过球形轴承738联接到下部夹持件711，而在第二端处联接到顶部结构732。在一个示例中，如图7A、7C和7D所示，一个或多个致动器是布置在每个连杆740和顶部结构732之间的致动器790。每个致动器790通过在第一端的球形轴承738联接到连杆740中的一个，并且通过在第二端的球形轴承738联接到顶部结构732。

连杆740的一个或多个致动器在船舶的起伏改变的同时便于下部夹持件711的定位。在一个示例中，管路101相对于外壳730和/或重力799成一定角度铺设。在这样的示例中，通过使顶部结构732绕销734旋转，顶部结构732相对于外壳730和/或重力799成一定角度设置。在这样的示例中，在船舶的起伏改变期间，连杆740的致动器能够有助于将夹持件711(比如夹持件711的壳体)保持在与管路101的间隙处，同时在管路101的上端处执行焊接或其他操作。在可以与其他实施例结合的一个实施例中，当顶部结构732竖直设置并且平行于重力799时，致动器790以水平方式设置。

在可以与其他实施例组合的一个实施例中，纵向轴线190沿着管路101的几何中心延伸。

此外，下部夹持件711和上部夹持件712可在与管路101的纵向轴线190平行的一个或多个平面中相对于彼此旋转。例如，上部夹持件712和下部夹持件711能够在平行于管路101的纵向轴线的两个平面中同时相对于彼此旋转。下部夹持件711能够通过连杆740和球形轴承738相对于上部夹持件712在一个或多个方向上摆动。此外，夹持件711、712中的每一个可以用于单独的功能(例如，上部夹持件712的力矩约束和下部夹持件711的轴向约束)，以减少对管路101的损坏和疲劳。

图7A示出了限定X-Y平面、X-Z平面和Y-Z平面的顶部结构732的X轴、Y轴和Z轴。下部夹持件711和上部夹持件712可在与纵向轴线190平行的两个平面(例如，X-Z平面和Y-Z平面)中相对于彼此旋转。下部夹持件711和上部夹持件712也可在垂直于纵向轴线190的平面(例如，X-Y平面)中相对于彼此旋转。

在一个或多个实施例中，一种或多种不同的部件或结构可以用来替代或补充连杆740和球形轴承738的功能。例如，万向节或其他支承结构可以联接在下部夹持件711和外壳730或顶部结构732之间，以使得上部夹持件712和下部夹持件711能够在平行于管路101的纵向轴线190的两个平面中同时相对于彼此旋转。万向节或支承结构可以包括一个或多个定位在板之间或成层的板之间的弹性体或偏置支承体，其中下部夹持件711由万向节或支承结构支承。因此，下部夹持件711可以能够通过万向节或支承结构相对于上部夹持件712旋转。

仍然参考图7A-7E，夹持系统710包括能够接近管路101的平台742。上部夹持件712定位在平台742的下方并联接到平台742。上部夹持件712和/或下部夹持件711也可相对于平台742移动。下部夹持件711可相对于平台742沿着管路101的纵向轴线190相对于平台742移动，比如通过滑轮736。此外，上部夹持件712通过在平行于管路101的纵向轴线190的一个或多个平面中可旋转而相对于平台742移动。例如，致动器744联接在平台742和上夹持件712之间，以致动并使得能够如期望的在平台742和上夹持件712之间移动。每个致动器744可包括液压缸和/或气动缸。在船舶以及因此的外壳730和顶部结构732不水平的情况下，平台742可以相对于上部夹持件712旋转，以为平台742上正在接近管路101的工作人员提供更水平的环境。

图7A-7E所示的夹持系统710的管路101可能分别由于船舶的起伏和船舶的横摇而承受轴向应力和弯曲应力的波动。例如，由于船舶的起伏，管路101可能经历轴向应力的正弦波动，特别是在下部夹持件711下方。下部夹持件711和上部夹持件712有利于减小或消除管路101中的轴向应力和弯曲应力。由于下部夹持件711可用于减小或去除管路101的轴向应力载荷，因此轴向应力可以不被施加到支承在下部夹持件711上方的管路101。

因此，由于下部夹持件711，在下部夹持件711上方的管路101的部分经历减小或消除的轴向应力。这尤其可能发生在其中夹持系统710不引起轴向压缩到夹持件711、712之间的管路101的一部分中的实施方式中。如图所示，上部夹持件712可用来支承管路101，以去除或限制施加在上部夹持件712上方的管路101中的弯曲应力。夹持件711、712之间的管路101部分可能不经受轴向应力，而只有弯曲应力。限制管路101的轴向应力减轻了管路101的疲劳并促进了管路101的使用寿命的延长。

限制管路101的轴向应力和/或弯曲应力还有助于具有夹持系统710的船舶的更宽的作业范围。例如，具有夹持系统710的船舶可用于在更宽的条件范围内铺设管线，比如在更恶劣的天气条件下。

尽管前述内容针对本公开的实施例，但仍可在不脱离其基本范围的情况下设计本公开的其他实施例，并且本公开的范围由所附权利要求确定。