一种适用于深海采矿的管船联接方法
阅读说明：本技术 一种适用于深海采矿的管船联接方法 (Pipe ship connection method suitable for deep sea mining ) 是由 李源 杨高胜 陈丹东 余倩 谢梦琪 杨树森 唐颖 于 2020-11-19 设计创作，主要内容包括：一种适用于深海采矿的管船联接方法,包括S1、安装支撑盘,下放调整短节、伸缩装置,并将伸缩装置与最后一根硬管连接,提起调整短节与伸缩装置组成的管串；S2、在支撑盘内安装补芯单元；S3、下放球型接头后与调整短节连接,并拆除补芯单元；S4、下放球型接头、调整短节、伸缩装置管串至伸缩装置上的张紧环与张紧器上的钢丝绳连接处；再安装补芯单元；S5、通过钢丝绳连接张紧器与张紧环；S6、解锁伸缩装置的内、外筒,提起补芯单元、球型接头,至球型接头轴肩上升至采矿平台台面位置；S7、安装卡紧盘,提升球型接头。优点是：改善和减少管道端部弯曲应力,补偿采矿作业平台的升沉运动对硬管系统所造成的影响,保证矿浆输送顺利实现。(A pipe ship connection method suitable for deep sea mining comprises S1, installing a support plate, lowering an adjusting short section and a telescopic device, connecting the telescopic device with a last hard pipe, and lifting a pipe string consisting of the adjusting short section and the telescopic device; s2, installing a core supplementing unit in the support disc; s3, after the ball joint is lowered, the ball joint is connected with the adjusting short section, and the core supplementing unit is removed; s4, lowering the spherical joint, adjusting the short section, and stringing the telescopic device to the joint of the tension ring on the telescopic device and the steel wire rope on the tensioner; then installing a core supplementing unit; s5, connecting the tensioner and the tensioning ring through a steel wire rope; s6, unlocking the inner cylinder and the outer cylinder of the telescopic device, and lifting the core supplementing unit and the ball joint until the shaft shoulder of the ball joint rises to the position of the table top of the mining platform; and S7, mounting a clamping disc and lifting the spherical joint. The advantages are that: the bending stress of the end part of the pipeline is improved and reduced, the influence of the heave motion of the mining operation platform on a hard pipe system is compensated, and the smooth implementation of ore pulp conveying is ensured.)
技术领域
本发明涉及深海采矿技术领域，具体地说是一种适用于深海采矿的管船联接方法。
背景技术
深海采矿工程是一项涉及众多学科的复杂的系统工程。作为海洋采矿最主要的组成-水下输送系统，承担将采集的海底矿浆输送到水面平台的任务，水下管串悬挂在采矿平台下方，布放至水下数百米至数千米，连接水下采矿车、软管、中继站以及提升泵等水下设备。在采矿作业工程中，受风、浪、流等环境因素的影响，采矿平台会出现升沉运动，使平台与海底之间的距离存在波动，水下管串会由于升沉运动的影响引起反冲，针对管串及作业平台造成冲击，同时水下输送管串与作业平台之间会产生角度偏差，硬管与平台之间的弯矩超过管串的承受范围后会导致硬管失效破坏。因此在采矿作业过程中，硬管与采矿平台之间的连接方式尤为重要。
发明内容
本发明提供一种适用于深海采矿的管船联接方法，目的是解决深海采矿工程中因为风、浪、流等环境因素的影响而引起的升沉运动及硬管顶部弯矩过大导致硬管失效破坏的问题，保障整个采矿工程的安全可靠。
为了实现上述发明目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明一种适用于深海采矿的管船联接方法，包括如下步骤：
S1、将支撑盘安装于采矿平台后，下放调整短节、伸缩装置，并将伸缩装置与最后一根硬管连接，再提起调整短节与伸缩装置组成的管串，直至调整短节至承重台肩高于支撑盘上端面；
S2、在支撑盘内安装补芯单元用于夹紧调整短节；
S3、下放球型接头后与调整短节连接，并拆除补芯单元；
S4、下放球型接头、调整短节、伸缩装置管串至伸缩装置上的张紧环与张紧器上的钢丝绳连接处；再安装补芯单元，使得所有管串重量坐落于补芯单元的手动卡瓦上；
S5、通过钢丝绳连接张紧器与张紧环，连接伸缩装置内的锁紧机构、密封液压管线后，张紧器逐渐加压，使得管串重量完全由钢丝绳承受；
S6、通过对锁紧机构打压解锁伸缩装置的内、外筒，提起补芯单元、球型接头，至球型接头轴肩上升至采矿平台台面位置；
S7、安装卡紧盘，提升球型接头，同时使得球型接头的上部法兰连接矿浆排出弯管，伸缩装置密封打压，实现对内部流体的动态密封。
优选地，补芯单元包括补芯、衬套、手动卡瓦。
优选地，卡紧盘包括由下支撑台、上压板、连接附件组成，在下支撑台和上压板之间形成一个空腔，以卡持设置在管道上的台肩。
优选地，连接附件包括销轴和螺栓，销轴用于将下支撑台和支撑盘连接，螺栓用于将上压板和下支撑下台连接，并对硬管台肩进行卡紧。
优选地，S7中，包括如下步骤：
S71、安装下支撑台，连接下支撑台与支撑盘销轴，提升球型接头的轴肩坐在下支撑台上；
S72、安装上压板，连接上压板与下支撑台的连接螺栓；球型接头的上部法兰连接矿浆排出弯管。
优选地，张紧环包括一筒体、多组耳板和转换接头，筒体用于叠套在伸缩装置的外筒上，耳板沿筒体外壁呈圆周分布且固定连接在筒体上，每个耳板上对应转动连接有一个转换接头，通过钢丝绳将转换接头与伸缩装置的张紧环连接。
优选地，筒体与伸缩装置的外筒之间留有间隙，且伸缩装置的外筒上设有用于限制筒体上下运动的支撑台阶。
优选地，耳板上下交错布置在筒体上。
优选地，耳板上设有通孔，转换接头的一端通过销轴转动连接在耳板的通孔处。
优选地，转换接头上背离耳板的一端设有安装接口，并在接口处设有用于连接张紧环的钢丝绳。
本发明的一种适用于深海采矿的管船联接方法，其优点是：
1、采用本发明技术方案可保证在深海采矿作业过程中，当硬管管串受风、浪、流等环境因素作用引起偏转或采矿平台漂移/摇摆运动引起的管道角度偏移，水面采矿平台和管道末端会出现动态的相对升沉位移，改善和减少管道端部弯曲应力，补偿采矿作业平台的升沉运动对硬管系统所造成的影响，保证矿浆输送顺利实现；
2、本发明技术方案中，支撑盘、卡紧盘等结构的设计，限制了管串的径向力与轴向力，有效避免了管串受反冲力而对提升系统造成破坏的风险；
3、本发明技术方案中，卡紧盘主要是防止伸缩装置在正常工作时内、外筒相对运动对内筒产生的反冲力，确保伸缩装置的内筒在轴向和径向的相对固定，以此来保证管串在正常作业时顶部和底座平台的稳定连接。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为下放时管船连接状态示意图；
图2为工作时管船连接状态示意图；
图3为图1中A处放大结构示意图；
图4为张紧环的结构示意图；
图5为图4中B剖面的结构示意图；
图6为图5中C-C面结构示意图；
其中：
支撑盘1、采矿平台2、调整短节3；
伸缩装置4、张紧环4-1、筒体4-1-1、耳板4-1-2、转换接头4-1-3；
硬管5、补芯单元6、球型接头7；
张紧器8、钢丝绳8-1；
卡紧盘9、下支撑台9-1、上压板9-2；
矿浆排出弯管10。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
结合图1至图3所示，本发明提供的一种适用于深海采矿的管船联接方法，包括如下步骤：
S1、将支撑盘1安装于采矿平台2后，下放调整短节3、伸缩装置4，并将伸缩装置4与最后一根硬管5连接，再提起调整短节3与伸缩装置4组成的管串，直至调整短节3至承重台肩高于支撑盘1上端面；
S2、在支撑盘1内安装补芯单元6用于夹紧调整短节3；
S3、下放球型接头7后与调整短节3连接，并拆除补芯单元6；
S4、下放球型接头7、调整短节3、伸缩装置4管串至伸缩装置4上的张紧环4-1与张紧器8上的钢丝绳8-1连接处；再安装补芯单元6，使得所有管串重量坐落于补芯单元6的手动卡瓦上；
S5、通过钢丝绳8-1连接张紧器8与张紧环4-1，连接伸缩装置4内的锁紧机构、密封液压管线后，张紧器8逐渐加压，使得管串重量完全由钢丝绳8-1承受；
S6、通过对锁紧机构打压解锁伸缩装置4的内、外筒，提起补芯单元6、球型接头7，至球型接头7轴肩上升至采矿平台2台面位置；
S7、安装卡紧盘9，提升球型接头7，同时使得球型接头7的上部法兰连接矿浆排出弯管10，伸缩装置4密封打压，实现对内部流体的动态密封。
上述方法中，当硬管5与采矿平台2之间因为船舶运动或外载作用有相对转动趋势时，球型接头7充当了弹性转角约束，允许二者发生一定的相对角度位移，减小接触位置的应力，以改善和减少硬管5局部弯曲应力；
在管船工作过程中，伸缩装置4在下放时，内、外筒处于收缩和锁紧状态，在船上比较容易装卸和起吊，在伸缩装置4下放并完成与升沉补偿连接后，液压解锁伸缩装置4的内、外筒，此时，伸缩装置4的内、外筒脱离并开始工作，实现行程补偿功能，安装到位后向伸缩装置4内的密封总成驱动筒打压，以实现对内部流体的动态密封。
具体实施方式中，步骤S7中，包括如下步骤：
S71、安装下支撑台9-1，连接下支撑台9-1与支撑盘1销轴，提升球型接头7的轴肩坐在下支撑台9-1上；
S72、安装上压板9-2，连接上压板9-2与下支撑台9-1的连接螺栓；球型接头7的上部法兰连接矿浆排出弯管10。
现有技术中，卡盘虽然能限制管道径向和轴向向下的力，但是不能限制管道轴向向上的力，伸缩装置4在正常工作时，内、外筒相对运动会对内筒产生反冲力，使管串会向上冲击提升系统，存在风险。因此，本发明技术方案中，根据图3所示，揭示了卡紧盘9，由下支撑台9-1、上压板9-2、连接附件组成，上压板9-2位于下支撑台9-1以上；在下支撑台9-1和上压板9-2之间形成一个空腔，以卡持设置在管道上的台肩，实现对硬管5立管径向的定位；下支撑台9-1和上压板9-2中部的过孔可以将硬管5在轴向定位；
更详细地，连接附件包括销轴和螺栓，销轴用于将下支撑台9-1和支撑盘1连接，螺栓用于将上压板9-2和下支撑台9-1连接，并对硬管5台肩进行卡紧；卡紧盘9整体采用两瓣式结构，安装方便；目的是防止伸缩装置4在正常工作时内、外筒相对运动对内筒产生的反冲力，确保伸缩装置4内筒在轴向和径向的相对固定，以此来保证硬管5管串在正常作业时顶部和底座平台的稳定连接。
具体实施方式中，补芯单元6为现有市面可采购产品，包括补芯、衬套、手动卡瓦。
本发明中支撑盘1、卡紧盘9共同作用于管道的夹持；且支撑盘1为现有市面可采购产品，包括支撑盘本体、垫块、吊装螺钉、丝堵、转动销。支撑盘1为下圆上方结构，内部开设通孔；垫块用于支撑支撑盘本体，钻机安装定位好后，垫块焊接于采矿平台2上；支撑盘1上部开有4个耳板8-3，用于起吊支撑盘1，也可用于安装支撑盘1上的部件；在支撑盘1相邻两侧设有8个用于安装螺纹的连接孔，与垫块上的螺纹孔相对应；支撑盘1配备有4个转动销与压板，与卡瓦相互配合，用于限制卡瓦在支撑盘1内部的转动，传动反扭矩。更具体地，支撑盘1通过螺栓与采矿平台2连接，设置有4组和卡紧盘9连接的耳座。支撑盘1是结构件，总成整体结构紧凑。
具体实施方式中，根据图4-图6所示，张紧器8还包括一筒体4-1-1、多组耳板4-1-2和转换接头4-1-3，筒体4-1-1用于叠套在伸缩装置4的外筒上，耳板4-1-2沿筒体4-1-1外壁呈圆周分布且固定连接在筒体4-1-1上，每个耳板4-1-2上对应转动连接有一个转换接头4-1-3，通过钢丝绳8-1将转换接头4-1-3与伸缩装置4的张紧环4-1连接。筒体4-1-1与伸缩装置4的外筒之间留有间隙，使得筒体4-1-1在工作时可相对外筒进行旋转，以适应硬管5管串受海况影响引起的偏转；且伸缩装置4的外筒上设有用于限制筒体4-1-1上下运动的支撑台阶(图中未显示)，用于限制张紧环4-1、筒体4-1-1工作时上下运动的幅度。
作为优选地，耳板4-1-2可上下交错布置在筒体4-1-1的外表面，使得张紧器8的结构更为紧凑、占用空间小；耳板4-1-2上设有通孔，转换接头4-1-3的一端通过销轴转动连接在耳板4-1-2的通孔处，转换接头4-1-3的另一端设有安装接口并在接口处设有用于连接张紧环4-1的钢丝绳8-1，安装后的转换接头4-1-3能沿其上的销轴上下翻转，以适应张紧器8的作用位置；相邻耳板4-1-2之间的夹角与张紧器8钢丝绳8-1之间的夹角相匹配。
本文中未详细描述的结构均为本领域常规结构，因此不作赘述。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
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