一种海底管道铺设开沟器

摘要

本发明公开了一种海底管道铺设开沟器，适用于水深500米的硬质土砂海床开沟作业。该装置包括钻头、刀齿、旋转轴、机械密封件、喷嘴、外壳体、推拉杆内杆、推拉杆外杆、固定杆、固定卡件、过滤网、软管、内筒、内泵、内泵固定座、进水管、出水管、防水电机、减速器等构件，防水电机传动减速器，使其带动旋转轴、刀齿及钻头旋转，采用特殊的顶部分叉钻头，破土能力更强，推拉杆控制开沟器作业角度及深度，内泵抽吸的海水经过喷嘴加压，高压水可击碎硬质土砂块并降低开沟阻力，采用机械与水力冲射复合形式对海床进行开沟作业。本发明具有开沟效果好、工作效率高、工作状态稳定、经济安全等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种海底管道铺设开沟器，适用于水深500米的硬质土砂海床开沟作业，属于海洋工程装备技术领域。

背景技术

21世纪人类对海洋资源的开发进入一个全新的阶段,海洋石油的开发建设规模也日趋庞大,由此带来的海底管道的铺设也是越来越多。从1985年至今, 中海油已在国内不同海域建成了47个油气田,海底管道铺设总量约3200km。随着新油田的不断开发,中海油海底管道铺设总量也将大幅增长。海底管道是连接油井与平台及平台与陆上储运设施的油气输送工具。为防止海底管道遭受破坏, 工程上会采取多种保护方案和措施,最为常见的施工工序是开设沟槽对管道进行埋设。这种既经济又有效的工程措施不仅能使管道免于因水质点动力作用而发生失稳,还具有保护管道防止受到机械损伤、消除或减小自由悬跨、抑制管道的隆起屈曲、增加管道的热保温效应等效果。

目前,国内新铺海管后挖沟作业需求旺盛,开沟器是海底管道挖沟铺设最关键的机器，但国内现有的开沟器绝大多数属于被国外淘汰产品,存在很多设计缺陷,工作能力无法满足行业新的发展需求。主要存在问题为：开沟器破土效果差,挖沟后管沟回淤快,常规挖沟作业需要多遍施工才能完成,多遍施工导致挖沟效率低下，且在较为复杂的海域作业难度大。

发明内容

为了克服开沟器在复杂海域工作效率低、破土效果差的缺陷，本发明提供一种海底管道铺设开沟器，可开挖出深1m，宽0.6m的槽沟，采用机械与水力冲射复合形式，大大提高开沟器的工作效率。

本发明所采用的的技术方案是：一种海底管道铺设开沟器，主要由钻头、刀齿、旋转轴、机械密封件、喷嘴、外壳体、推拉杆内杆、推拉杆外杆、固定杆、过滤网、进水管、固定卡件、软管、内筒、内泵、内泵固定座、内筒隔板、防水电机、连接构件、减速器、出水管构成，开沟器主要有内筒、外壳体、钻进部分、动力牵引四个模块，内筒与外壳体焊接，外壳体上表面设有固定杆和液压推拉杆，液压推拉杆两端通过固定销分别与外壳体和固定杆连接，可控制机器工作角度和深度，固定杆一端通过固定销与外壳体连接，一端位于拖动船，为开沟器提供充足动力源，内筒被内筒隔板分为前后两个独立密封腔室，后腔室装有内泵，通过内泵固定座焊接在内筒上，内泵上装有进水管和出水管，其中进水管从固定杆后侧伸出，与固定杆平行并向上延伸一段距离，通过固定卡件与固定杆固定，进水管在外壳体上表面转折点处通过软管连接，可使进水管随固定杆小范围内转动，并在进水管入口设有过滤网，出水管向前延伸至内筒前腔室前壁处，并呈半圆形分布，喷嘴均匀安装至半圆形出水管上，内泵出水通过单向喷嘴加压，高压水可清除部分障碍物，内筒前腔室的防水电机和减速器通过连接构件相连，并卡装于内筒前腔室，减速器转子从内筒前端伸出并与旋转轴对接，刀齿和钻头在旋转轴带动下进行旋转，刀齿由刀齿底座、连接杆、耙齿组成，刀齿底座通过螺丝固定在旋转轴上，钻头焊接在旋转轴最前端，机械密封件位于旋转轴与内筒前腔室连接处，并在机械密封件前后设橡胶密封隔水垫，防止海水进入内筒而损坏防水电机。

作为优选的，所述钻头为特殊结构，钻头顶部分叉为三个小钻头；

作为优选的，所述刀齿有规律分布于旋转轴上，从前至后呈扩直径变化，连接杆截面在轴向上为正菱形；

作为优选的，所述外壳体前后采用渐扩样式，且前壁处设有缓冲边缘，减小工作阻力；

作为优选的，所述喷嘴沿周向向轴心呈一定角度分布，对准刀齿和钻头方向，并采用单向喷嘴，当机器未运行时，喷嘴内单向流通阀关闭，有效防止海水发生倒流；

本发明为海底管道铺设开沟器，该装备具备以下有益效果：

(1)开沟器所用特殊钻头提高开沟器破碎能力，大大提高海底管道开挖效率；

(2)钻进部分采用机械和水力冲射复合形式，可开挖出深0.8m，宽0.6m 的槽沟，且开沟效果好，整体采用多重防水结构，保证开沟器能在恶劣的海洋环境下安全平稳运行，大大延长机器使用寿命。

附图说明

图1是本发明一种海底管道铺设开沟器半剖面示意图；

图2是本发明一种海底管道铺设开沟器剖面侧视图；

图3是本发明一种海底管道铺设开沟器前视图；

图4是本发明管道铺设开沟器钻进部分示意图；

图中：1、钻头；2、刀齿；3、旋转轴；4、机械密封件；5、喷嘴；6、外壳体；7、推拉杆内杆；8、推拉杆外杆；9、固定杆；10、过滤网；11、进水管；12、固定卡件；13、软管；14、内筒；15、内泵；16、内泵固定座；17、内筒隔板；18、防水电机；19、连接构件；20、减速器；21、出水管；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明

如图所示，本发明一种海底管道铺设开沟器，主要由钻头1、刀齿2、旋转轴3、机械密封件4、喷嘴5、外壳体6、推拉杆内杆7、推拉杆外杆8、固定杆9、过滤网10、进水管11、固定卡件12、软管13、内筒14、内泵15、内泵固定座16、内筒隔板17、防水电机18、连接构件19、减速器20、出水管21构成，内筒14被内筒隔板17分为前后两个独立密封腔室，内泵15通过内泵固定座16焊接在内筒后腔室上，内泵进水管11从固定杆后侧伸出，与固定杆平行并向上延伸一段距离，进水管入口设有过滤网10，通过固定卡件12与固定杆9固定，内泵出水管21向前延伸至前腔室前壁处，并在半环形出水管上均匀安装喷嘴5，内筒前腔室的防水电机18和减速器20通过连接构件19相连，并卡装在内筒前腔室内，减速器转子从内筒前端伸出并对接旋转轴3，刀齿2和钻头1在旋转轴3带动下进行旋转，刀齿2通过螺丝将刀齿底座与旋转轴固定，钻头1 焊接在旋转轴最前端，机械密封件4位于旋转轴与内筒前腔室连接处，防止海水进入内筒而损坏防水电机，内筒14与外壳体6焊接，外壳体6上表面设有固定杆9和推拉杆，推拉杆由推拉杆内杆7和推拉杆外杆8组成，用于调整开沟器工作角度与深度，固定杆9一端通过固定销与外壳体6相连，一端与船体相连，为开沟器提供充足的动力源。

利用本发明在硬质土砂海底进行管道铺设开沟作业，包含以下步骤：

工作前对开沟器进行检查，确保钻进部分正常运行，并检查整体密封性，船体开至指定开沟作业点，将固定杆与船体固定，下放开沟器至海床面，打开电源使内泵及防水电机开始工作，开启液压推拉杆调整钻头角度，向下倾斜使得开沟器逐渐深入海床，待钻头到达预定深度后，将开沟器缓慢调节为水平状态，在固定杆牵引和水力冲射作用下，开挖出符合标准的铺管沟槽。

本发明钻进部分采用机械和水力冲射复合形式，可开挖出深1m，宽0.6m 的槽沟，其特殊钻头提高开沟器破碎能力，大大提高海底管道开挖效率，并且开沟效果好，开沟器整体采用多重防水结构，保证开沟器能恶劣的海洋环境下长期平稳运行，机器使用寿命长。