Трубчатый элемент спускной трубы, спускная труба, собранная из таких элементов, и способ сборки спускной трубы - RU2528228C2
Код документа: RU2528228C2
Чертежи
Описание
Изобретение относится к трубчатому элементу спускной трубы, используемой для укладки материалов, в частности каменной отсыпки, на дне под водой. Изобретение также относится к спускной трубе, собранной из таких элементов, соединительной муфте между двумя такими элементами и способу сборки спускной трубы.
Известно оборудование кораблей устройствами для сборки и несения спускных труб для укладки материалов, конкретно каменной отсыпки, на дне под водой. Высокие стандарты установлены для такой спускной трубы. Должна, например, создаваться возможность надлежащего хранения исправной спускной трубы на борту корабля и ее быстрой сборки и разборки. Подходящая спускная труба также является механически достаточно прочной для работы под высокими нагрузками, действующими на нее. Спускная труба должна быть достаточно жесткой, особенно в аксиальном направлении, хотя некоторая гибкость является предпочтительной для обеспечения смещения нижнего конца спускной трубы в горизонтальной плоскости относительно ограниченным усилием. Кроме того, спускная труба должна быть выполнена с возможностью укладки большого количества материала в единицу времени и быть достаточно водонепроницаемой.
Известная по документу ЕР-А-0668211 спускная труба обычно собрана из ряда соединенных вместе или составленных в колонну трубчатых элементов, которые поддерживаются тросами, прикрепленными к самому нижнему элементу. Каждый элемент, при этом, опирается на установленный ниже элемент. Нагрузки от собственного веса спускной трубы и от внешних нагрузок, таких как обусловленные, например, мгновенными течениями, резонансом и т.п., и которые могут нести тросы, являются ограниченными. Известную спускную трубу можно, поэтому, использовать только на относительно ограниченных глубинах водоемов. Сборка известной спускной трубы также отнимает много времени, и сборка требует ручного труда с привлечением квалифицированных рабочих.
В документе US 4209191 описан трубчатый элемент для райзера нефтяной скважины. Элементы соединяют друг с другом для создания трубной колонны, в частности, трубной колонны райзера для подводных нефтяных скважин. Описанные трубчатые элементы содержат вставную и охватывающую часть соединительной муфты для соединения друг с другом элементов аналогичной формы, данные части соединительной муфты созданы соответственно на внешней окружности и внутренней окружности элементов с проушинами для фиксирования. Проушины созданы в два ряда, разнесенными в аксиальном направлении элемента. Проушины в каждом ряду совмещают в аксиальном направлении с соответствующими проушинами в других рядах. Документы US 3442536А, US 2005/087985А1, US 3948545А, US 3922009А и US 6106024А описывают аналогичные трубчатые элементы.
Задачей настоящего изобретения является создание трубчатых элементов, с использованием которых можно собирать спускную трубу, которую можно использовать для относительно больших глубин водоемов и которые проще собирать, чем элементы известных спускных труб.
Данная задача достигается согласно изобретению созданием трубчатого элемента согласно п.1 формулы изобретения. Элемент содержит вставную часть и охватывающую часть соединительной муфты для соединения друг с другом элементов аналогичной формы, при этом части соединительной муфты созданы, соответственно, на их внешней окружности и внутренней окружности с кольцевым фланцем, который разделен в направлении окружности на сегменты, между которыми оставлены проходные пазы, при этом с целью соединения сегменты вставной части соединительной муфты проводят через пазы охватывающей части соединительной муфты и перемещают поворотом под сегменты охватывающей части соединительной муфты. При соединении друг с другом множества элементов согласно изобретению получают спускную трубу, которая не требует тросов для своего несения. Каждый элемент спускной трубы подвешен к элементу над ним, таким образом, получают самонесущую спускную трубу. При одинаковой длине со спускной трубой известного уровня техники спускная труба согласно изобретению может быть легче и жестче в аксиальном направлении. Более высокая аксиальная жесткость дает в результате более высокую собственную частоту для волн аксиальных напряжений, при этом резонанс в спускной трубе, обусловленный перемещениями корабля должен возникать меньшей интенсивности, или вообще не возникать.
Сборку спускной трубы согласно изобретению можно, при этом, выполнять в высокомеханизированном и автоматическом режиме, при этом большие отрезки длины можно спускать и/или поднимать с относительно высокой скоростью сборки или разборки. Поскольку соединительные муфты элементов спускной трубы могут иметь увеличенную площадь несущей нагрузку поверхности в сравнении с известной спускной трубой, создается более прочная спускная труба, особенно подходящая для больших глубин водоемов.
Согласно изобретению создан трубчатый элемент, в котором части соединительной муфты снабжены, по меньшей мере, двумя кольцевыми фланцами, которые расположены друг от друга на осевом расстоянии и которые разделены в направлении окружности на сегменты, между которыми оставлены проходные пазы, при этом сегменты верхнего кольцевого фланца выполнены смещенными относительно сегментов нижнего кольцевого фланца. Поскольку настоящий вариант осуществления содержит, по меньшей мере, два кольцевых фланца, несущая нагрузку поверхность соединительной муфты дополнительно увеличивается, что дополнительно увеличивает аксиальную грузоподъемность и поэтому увеличивает потенциальную длину самонесущей спускной трубы. Допустимый изгибающий момент в спускной трубе также значительно увеличивается.
Трубчатый элемент согласно изобретению является особенно подходящим для сборки спускной трубы. Изобретение также создает способ сборки такой спускной трубы. Способ согласно изобретению содержит создание множества трубчатых элементов согласно изобретению, проводку сегментов вставной части соединительной муфты первого элемента через пазы охватывающей части соединительной муфты второго элемента, и поворот первого элемента относительно второго элемента, таким способом, что сегменты вставной части соединительной муфты перемещаются под сегменты охватывающей части соединительной муфты. Поскольку дополнительное соединительное средство, такое например, как тросы, не требуется, спускную трубу собирают простым способом и быстрее, чем известную спускную трубу. Это все является более предпочтительным, поскольку спускная труба согласно изобретению является особенно подходящей для применения на увеличенных глубинах водоемов. Такой вариант применения требует соединения большого числа элементов.
В способе сборки согласно изобретению части соединительной муфты созданы, по меньшей мере, с двумя кольцевыми фланцами, расположенными на осевом расстоянии друг от друга и разделенными в направлении окружности на сегменты, между которыми оставлены проходные пазы, и сегменты вставной части соединительной муфты первого элемента проводят через пазы охватывающей части соединительной муфты второго элемента, после чего поворачивают первый элемент относительно второго элемента таким способом, что сегменты вставной части соединительной муфты перемещаются под сегменты охватывающей части соединительной муфты, и данный поворот повторяют, по меньшей мере, дважды.
В спускной трубе согласно изобретению сегменты части соединительной муфты, расположенные на осевом расстоянии друг от друга, выступают на расстоянии друг от друга. Несущая нагрузку поверхность и при этом прочность соединения элементов дополнительно увеличивается.
Вышеописанный вариант осуществления обеспечивает выполнение соединения и разъединения элементов спускной трубы в высокомеханизированном и автоматическом режиме, что обеспечивает достижение высокой скорости сборки и разборки спускной трубы. Для (от)соединения элементов спускной трубы судно предпочтительно оборудовано устройством, содержащим, по меньшей мере, зажимающее устройство для спускной трубы, причем, зажимающее устройство, в котором элемент можно временно подвешивать. Зажимающее устройство является, кроме того вращающимся вокруг аксиальной оси элемента, подвешенного в нем, например, при оборудовании его поворотной платформой. Для соединения элемента с уже частично собранной спускной трубой, элемент подвешивают за его верхний конец в зажимающем устройстве и опускают в управляемом режиме. Нижний конец элемента соединяют в верхним концом уже частично собранной спускной трубы, проводят сегменты вставной части соединительной муфты элемента через пазы охватывающей части соединительной муфты самого верхнего элемента уже частично собранной спускной трубы (или наоборот) и поворачивают элемент относительно уже частично собранной спускной трубы таким способом, что сегменты вставной части соединительной муфты перемещаются под сегменты охватывающей части соединительной муфты (или наоборот). Трубчатый элемент для соединительной муфты можно поворачивать сверху вокруг оси в подвеске с помощью поворотной платформы в подвеске. Зажимающее устройство, предпочтительно, также оборудовано системой управления, которая может уравновешивать массу трубчатого элемента так, что либо небольшое тянущее усилие (отсоединения) или небольшое сжимающее усилие (соединения) может передаваться на предыдущий трубчатый элемент присоединяемым элементом для выполнения соединения.
Протяженность сегментов, выступающих по окружности кольцевого фланца или кольцевых фланцев может меняться в широких пределах. Сегменты кольцевого фланца предпочтительно проходят больше 25% окружности элемента, более предпочтительно, больше 35% и наиболее предпочтительно, по существу, 50% окружности элемента.
В практическом варианте осуществления каждый кольцевой фланец содержит четыре сегмента, распределенных равномерно в направлении окружности. Это дает в результате хороший компромисс между удовлетворительной фиксацией и удобством в работе во время сборки спускной трубы.
Сегменты могут иметь различную форму. Сегменты предпочтительно содержат закругленные участки, при этом соединение дополнительно упрощается. К закругленным участкам также можно отнести участки с фасками.
В предпочтительном варианте осуществления сегменты установлены и/или выполнены так, что соединенные друг с другом элементы могут перемещаться друг относительно друга. Сборка спускной трубы при этом, проходит проще, поскольку небольшие относительные перемещения двух трубчатых частей для (от)соединения (спускной трубы и части для (от)соединения) становятся возможными. Нагрузки, возможно возникающие во время использования спускной трубы, например в результате течений, ударов и сборки спускной трубы, при этом, по меньшей мере, частично абсорбируются. Некоторая гибкость спускной трубы (в плоскости XZ и YZ), кроме того, имеет преимущества. Направление оси Z соответствует здесь аксиальному направлению спускной трубы, а плоскость (X,Y) проходит перпендикулярно направлению оси Z.
Части соединительной муфты и/или кольцевые фланцы можно изготавливать из различных материалов. Части соединительной муфты и/или кольцевые фланцы предпочтительно изготавливают, по существу, из стального сплава, алюминиевого сплава и/или армированного волокном пластика. Данные материалы объединяют в себе адекватную прочность и обрабатываемость с низким весом. Использование материалов с высоким соотношением прочность/масса является особенно приемлемым при работе на больших глубинах, чтобы нагрузка на установку, на которой подвешена спускная труба, не становилась неприемлемо высокой. Это также применимо к мощности, подлежащей установке, с целью подъема спускной трубы в относительно короткий период времени.
Армированные волокном пластики содержат армирующие волокна, встроенные в матрицу из пластика. Матрица армированного волокном пластика может содержать термопласт или термореактивный пластик. Армирующие волокна предпочтительно содержат стекловолокно и/или углеродное волокно. В предпочтительном варианте осуществления армированный волокном пластик содержит углеродные волокна в эпоксидной матрице. Такой армированный волокном пластик объединяет адекватную прочность с низким весом.
Особенно подходящим алюминиевым сплавом является сплав 1980 T1. Такой сплав считается не только обладающим такой прочностью, что можно создать спускную трубу относительно большой длины, но также объединяет высокую коррозионную стойкость с хорошей обрабатываемостью и свариваемостью.
Особенно подходящий вариант осуществления содержит трубчатый элемент, который изготавливают способом экструзии, и поэтому, имеющий высокие и однородные механические характеристики, особенно, в аксиальном направлении, и в котором вставные и охватывающие части соединительной муфты изготовлены коваными, при этом они имеют устойчивые механические характеристики.
Части соединительной муфты можно соединять различными способами с элементом. Так, возможно интегральное соединение, по меньшей мере, части соединительной муфты с элементом, например интегральной отливкой с элементом. При этом создается простой и прочный элемент, в котором дополнительное средство соединения не требуется. Вместе с тем обнаружено, что предпочтительно отдельное изготовление части соединительной муфты и соединение ее с элементом с использованием так называемой ротационной сварки трением. С использованием ротационной сварки трением получают точное и прочное соединение части соединительной муфты с элементом. Обнаружено, что прочность материала в зоне сварки и в зоне теплового воздействия сварки незначительно меньше показателей исходного материала.
Элементы спускной трубы могут смещаться, в частности поворачиваться, относительно друг друга, например, вследствие укладки материала, течений и перемещений судна или возможного контакта спускной трубы с дном, при этом, может возникать риск разъединения смежных элементов. В дополнительном предпочтительном варианте осуществления спускная труба согласно изобретению, поэтому содержит фиксирующий или крепящий элемент для фиксации друг с другом вставной части соединительной муфты элемента и охватывающей части соединительной муфты смежного элемента. Это уменьшает риск возможности смещения смежных сегментов относительно друг друга, конкретно во время использования, и при этом возможного разъединения. Фиксирующий элемент, в частности, содержит кольцо, снабженное выступами которые проходят на расстоянии друг от друга и которые могут вставать между сегментами кольцевого фланца. Такой фиксирующий элемент является простым и надежным. Соответствующий способ сборки спускной трубы отличается фиксированием первого и второго элемента для предотвращения относительного вращения, и при этом, предотвращения разъединения после соединения данных элементов друг с другом.
В другом предпочтительном варианте осуществления вышеупомянутый фиксатор или, если необходимо, другой элемент, также создает уплотнение на внешней стороне пространства между охватывающим и вставным элементами соединительной муфты. Частицы, находящиеся в морской воде, могут, кроме того, осаждаться в данном пространстве и заклинивать соединительную муфту, или поток морской воды может проходить снаружи через соединительную муфту в зону внутри спускной трубы, и данное является нежелательным.
Уплотняющий элемент является предпочтительно изготовленным, по существу, из гибкого материала, такого как каучук или полиолефин, такого как полиэтилен. Уплотняющий элемент, в частности, выполняют интегрально с фиксирующим элементом, что делают спускную трубу простой и дешевой и также ограничивает дополнительные работы во время сборки спускной трубы.
В другом предпочтительном варианте осуществления трубчатый элемент содержит уплотняющий элемент для водонепроницаемого соединения друг с другом двух смежных элементов внутренней стенкой спускной трубы. Это улучшает работу спускной трубы. Возможная подача воды в спускную трубу должна предпочтительно происходить в регулируемом режиме.
В предпочтительном варианте осуществления спускная труба создана с изнашиваемым покрытием на внутренней поверхности, защищающем несущую нагрузку структуру. Данное внутреннее покрытие является предпочтительно ремонтопригодным и/или сменным. Подходящий материал для изнашиваемого внутреннего покрытия содержит полиуретан.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления используют вышеупомянутое изнашиваемое внутреннее покрытие для реализации вышеупомянутого уплотнения на внутренней стенке спускной трубы, например, в форме лабиринтного уплотнения с помощью аппретирования внутреннего покрытия под углом 45° на одной стороне трубчатого элемента и под соответствующим углом 45° на другом конце, при этом создается перекрывание и упрощенная форма лабиринтного уплотнения.
Хотя спускная труба может быть собрана любой необходимой длины с использованием элементов согласно изобретению, элемент является особенно подходящим для сборки спускной трубы с длиной больше 1000 метров, более предпочтительно, больше 1250 метров и наиболее предпочтительно, больше 1500 метров. Такие ранее недостижимые длины обеспечивают укладку материала на более значительных глубинах водоемов и с достаточной точностью.
Изобретение описано ниже более подробно со ссылками на прилагаемые Фигуры, без ограничения этим. На Фигурах показано следующее.
На Фиг. 1 показан вид в перспективе трубчатого элемента согласно изобретению.
На Фиг. 2a показан вид в перспективе сверху охватывающей части соединительной муфты элемента Фиг. 1.
На Фиг. 2b показан вид в перспективе сверху вставной части соединительной муфты элемента Фиг. 1.
На Фиг. 3a показан вид в перспективе сверху двух элементов Фиг. 1 соединительной муфты.
На Фиг. 3b показан вид в перспективе сбоку двух элементов Фиг. 1 соединительной муфты.
На Фиг. 4a-4f показаны различные этапы соединения двух элементов Фиг. 1.
На Фиг. 5a-5c показаны, соответственно, вид сверху, сечение BB и сечение AA вставного элемента соединительной муфты согласно изобретению.
На Фиг. 6a-6c показ соответственно вид сверху, сечение BB и сечение AA охватывающего элемента соединительной муфты согласно изобретению.
На Фиг. 1 показан трубчатый элемент 1 согласно изобретению. Трубчатый элемент 1 содержит трубчатую часть 2, имеющую на первом внешнем конце 2a трубчатой части 2 охватывающую часть 10 соединительной муфты и на втором внешнем конце 2b трубчатой части 2 вставную часть 20 соединительной муфты. Как трубчатая часть 2, так и части (10, 20) соединительной муфты изготовлены из алюминиевого сплава. Части (10, 20) соединительной муфты соединены соосно с трубчатой частью 2 посредством сварки трением.
На Фиг. 2a показана охватывающая часть 10 соединительной муфты трубчатого элемента 1 Фиг. 1. Охватывающая часть 10 соединительной муфты создана на внутренней окружности с двумя кольцевыми фланцами (12, 13), расположенными на осевом расстоянии 14 друг от друга. Кольцевые фланцы (12, 13) разделены в направлении окружности части 10 кольцевой соединительной муфты на выступающие внутрь сегменты (12a, 13a), между которыми оставлены проходные пазы (12b, 13b). Сегменты 12a верхнего кольцевого фланца 12 выполнены смещенными относительно сегментов 13a нижнего кольцевого фланца 13. То же происходит с пазами 12b верхнего кольцевого фланца 12 и пазами 13b нижнего кольцевого фланца 13. Выступающие внутрь сегменты (12a, 13a) являются закругленными.
На Фиг. 2b показана соответствующая вставная часть 20 соединительной муфты трубчатого элемента 1 Фиг. 1. Вставная часть 20 соединительной муфты создана на внешней окружности 21 с двумя кольцевыми фланцами (22, 23). расположенными на осевом расстоянии 24 друг от друга. Кольцевые фланцы (22, 23) разделены в направлении окружности части 20 кольцевой соединительной муфты на выступающие наружу сегменты (22a, 23a), между которыми оставлены проходные пазы (22b, 23b). Сегменты 22a нижнего кольцевого фланца 22 выполнены смещенными относительно сегментов 23a верхнего кольцевого фланца 23. То же происходит с пазами 22b нижнего кольцевого фланца 22 и пазами 23b верхнего кольцевого фланца 23. Выступающие наружу сегменты (22a, 23a) являются закругленными.
На Фиг. 3a и 3b показаны два трубчатых элемента 1а и 1b для соединительной муфты, проходящие в вертикальном направлении. Трубчатые элементы (1а, 1b) здесь ориентированы так, что охватывающая часть 10 соединительной муфты элемента 1b направлена вверх, и вставная часть 20 соединительной муфты элемента 1а направлена вниз. Данное положение является исходным для соединения друг с другом трубчатых элементов (1а, 1b). Должно быть ясно, что относительное положение может также быть обратным, при этом вставная часть 20 соединительной муфты элемента 1а направлена вверх и охватывающая часть 20 соединительной муфты элемента 1b направлена вниз.
На Фиг. 5 и 6 показано, что в соединенном положении вставная часть 20 соединительной муфты опирается своей нижней кромкой 28 на упорный уступ 18 охватывающей части 10 соединительной муфты.
Для соединения трубчатых элементов (1а, 1b), на первом этапе их выставляют соосно, как показано на Фиг. 4a. Выступающие наружу сегменты 22a нижнего кольцевого фланца 22 вставной части 20 соединительной муфты здесь выставлены на одной линии с пазами 12b верхнего кольцевого фланца 12 охватывающей части 10 соединительной муфты. Те и другие элементы (1а, 1b) затем перемещают навстречу друг другу в указанном вертикальном направлении 100, при этом выступающие наружу сегменты 22a верхнего кольцевого фланца 12 вставной части 20 соединительной муфты перемещаются в пазы 12b верхнего кольцевого фланца 12 охватывающей части 10 соединительной муфты (Фиг. 4b) до входа в контакт с выступающими внутрь сегментами 13a нижнего кольцевого фланца 13 охватывающей части 10 соединительной муфты. Элемент 1а затем поворачивают в направлении 101 относительно элемента 1b (Фиг. 4c), при этом выступающие наружу сегменты 22a нижнего кольцевого фланца 22 вставной части 20 соединительной муфты перемещаются под выступающие внутрь сегменты 12a верхнего кольцевого фланца 12 охватывающей части 10 соединительной муфты в положение, в котором выступающие наружу сегменты 23а верхнего кольцевого фланца 23 вставной части 20 соединительной муфты становятся по одной линии с пазами 13b нижнего кольцевого фланца 13 охватывающей части 10 соединительной муфты. Из данного положения те и другие элементы (1а, 1b) перемещаются дополнительно друг к другу в указанном вертикальном направлении 100 (Фиг. 4d), при этом выступающие наружу сегменты 23а верхнего кольцевого фланца 22 вставной части 20 соединительной муфты перемещаются в пазы 13b нижнего кольцевого фланца 13 охватывающей части 10 соединительной муфты до установки упора 25 вставной части 10 соединительной муфты на верхнюю кромку 11 окружности охватывающей части 10 соединительной муфты. Как показано на Фиг. 4e, верхний элемент 1а поворачивают в направлении 102 относительно элемента 1b, при этом выступающие наружу сегменты 23a верхнего кольцевого фланца 22 вставной части 20 соединительной муфты перемещаются под выступающие внутрь сегменты 13a нижнего кольцевого фланца 13 охватывающей части 10 соединительной муфты в соединенное положение. Элемент согласно изобретению дополнительно, если необходимо, снабжен фиксирующим элементом в виде фиксирующего кольца 26, снабженного выступами, проходящими на расстоянии друг от друга, и которое можно разместить между кольцевыми фланцами двух частей соединительной муфты. Фиксирующее кольцо 26 размещается для завершения соединения между кольцевыми фланцами двух частей соединительной муфты, как показано на Фиг. 4f. Наконец, элемент можно, если необходимо, оборудовать опорным кольцом 27, например из пластика, с целью защиты вставного элемента, например во время хранения в горизонтальном положении. Данное опорное кольцо, предпочтительно имеет диаметр, равный самому большому диаметру охватывающего элемента, чтобы трубчатые элементы хранились горизонтально и параллельно друг другу.
Должно быть ясно, что размеры и геометрия сегментов и пазов являются адаптированными друг к другу так, что вышеупомянутые относительные перемещения можно выполнять без существенных повреждений в полевых условиях. Изобретение, дополнительно, не ограничено вариантами осуществления, показанными на фигурах, и его многочисленные варианты являются возможными в объеме защиты прилагаемой формулы изобретения.
Реферат
Изобретение относится к трубчатому элементу спускной трубы, используемой с целью отсыпки материалов под водой с судна для отсыпки камня. Элемент спускной трубы содержит вставную часть и охватывающую часть соединительной муфты для соединения с другим элементом аналогичной формы. Части соединительной муфты создают соответственно на внешней окружности и внутренней окружности частей в виде кольцевого фланца, разделенного в направлении окружности на сегменты, между которыми оставлены проходные пазы. С целью соединения сегменты вставной части соединительной муфты проводят через пазы охватывающей части соединительной муфты и перемещают поворотом под сегменты охватывающей части соединительной муфты. Изобретение также относится к спускной трубе и способу ее сборки. Технический результат заключается в упрощении монтажа соединения. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 17 ил.
