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CN107074329A - 用于在海中铺设海上刚性管道的海底管道安装船及方法 - Google Patents

用于在海中铺设海上刚性管道的海底管道安装船及方法 Download PDF

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CN107074329A CN201580049503.0A CN201580049503A CN107074329A CN 107074329 A CN107074329 A CN 107074329A CN 201580049503 A CN201580049503 A CN 201580049503A CN 107074329 A CN107074329 A CN 107074329A
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Abstract

本发明涉及一种用于在海里铺设海上刚性管道的海底管道安装船和方法，所述船至少适配成实施刚性卷筒铺设的方法。所述船包括至少一个竖直贮存卷筒，该竖直贮存卷筒用于贮存已卷绕的刚性管道。设置左卷筒支撑结构和右卷筒支撑结构以支撑至少一个贮存卷筒的重量。左支撑结构和右支撑结构实施为形成枢转结构，所述枢转结构使水平卷筒轴线能够围绕竖直轴线进行角度调节，以变换至少一个贮存卷筒的角度位置。

Description

用于在海中铺设海上刚性管道的海底管道安装船及方法
技术领域
本发明涉及一种用于在海底铺设海上刚性管道的海底管道安装船，所述船至少适配成实施刚性卷筒铺设方法。更特别地，本发明涉及一种改进的用于铺设刚性管道的船和方法，其中特殊构造的船具有船体、甲板和至少一个竖直贮存卷筒，该竖直贮存卷筒用于贮存用于铺设的卷绕的刚性管道，所述贮存卷筒能够围绕水平的卷筒轴线旋转。
背景技术
卷筒式管道铺设船典型地应用于深水水域的情况中。申请人多年来一直建造这种管道铺设船，这种管道铺设船通常包括至少一个竖直贮存卷筒、左卷筒支撑结构和右卷筒支撑结构、包括管道引导器的管道投放组件、矫直器、张紧器，以及管道支撑设备，从而能够将海上刚性管道朝水域底部铺设到该水域中。
根据本发明的船的贮存卷筒能够围绕水平的卷筒轴线旋转，并且包括左竖直凸缘和右竖直凸缘，在该左竖直凸缘与右竖直凸缘之间沿横向方向延伸有卷筒毂。在该卷筒毂上能够贮存多个层，每个层包括多个管道绕卷。至少一个贮存卷筒的重量由左卷筒支撑结构和右卷筒支撑结构来支撑，该左支撑结构和右支撑结构一起限定水平卷筒轴线。所述左支撑结构和右支撑结构由所述船支撑。通常，设置贮存卷筒驱动装置以使贮存卷筒旋转。
通常对于这种类型的管道安装船来说，管道投放组件沿卷筒的退绕方向的下游安装至船。管道投放组件适配成沿着作业线而将已解绕的管道投放到海里。管道投放组件包括管道引导器，所述管道引导器具有基本沿贮存卷筒的方向而定向的细长的管道引导构件，并且该管道引导器设有基本为圆形或者半圆形的管道引导表面，所述管道引导器适配成引导已解绕的管道从贮存卷筒沿着管道引导器而进入到作业线中，其中所述管道在作业线上游的引导接触点处接触管道引导构件并且在引导脱离点处脱离所述构件而进入到作业线中。
此外，在处理刚性管道时通常还使用：
·矫直器，其设置在贮存卷筒的退绕方向的下游以对刚性管道进行矫直。
·至少一个张紧器，其设置在管道引导器的下游以控制刚性管道在海底的铺设速度，所述张紧器适配成与作业线中的管道接合并支撑已投放的管道的至少一部分重量。
·管道支撑设备，其适配成支撑作业线中的已投放的管道的重量。
为了促成管道被恰当地解绕(也称为使刚性管道从贮存卷筒退绕到管道引导器)，管道脱离角优选基本为90°，其中管道脱离角限定为管道绕卷从卷筒毂退绕的方向与水平卷筒轴线之间的夹角。对于包括贮存卷筒和管道引导器的系统来说，可以限定左偏离角和右偏离角来决定贮存卷筒的卷绕情况和退绕情况。左偏离角和右偏离角限定为第一直线与第二直线之间的夹角，所述第一直线是垂直于卷筒轴线而从引导脱离点到贮存卷筒来绘制的，所述第二直线是从引导脱离点分别到左凸缘和右凸缘绘制的。有利地，左偏离角和右偏离角不超过7.5°，优选不大于5.5°。偏离角越大，则卷绕和退绕越不良，这会由于挤压和磨损而造成管道损坏。
因此，对于给定的最大许可偏离角和给定的贮存卷筒与管道引导器之间的距离(它们由船的尺寸而确定)来说，卷筒毂之间的距离是有限的。因此，能够铺设的管道的量是有限的。
为了提高船的容量，特别是能够储存更多的管道，曾经发明过包括卷筒毂更宽的贮存卷筒的系统，从而能够贮存更多的管道。为了保持偏离角可接受，通过使具有投放组件的管道引导器在从贮存卷筒退绕管道的过程中平移一定距离来调整偏离角。例如参见US2003/0044234(Stockstill)的图4，US 4,345,855(Santa Fe)的图18以及US 4,687,376(Santa Fe)的图41。管道引导器的平移引起管道引导器的脱离点的平移，从而使得偏离角得以调整。特别地，管道引导器的位置能够在极右位置与极左位置之间调节，在所述极右位置上左偏离角最小，优选为0(左凸缘与引导接触点和引导脱离点对齐)，在所述极左位置右偏离角最小，优选为0(右凸缘与引导接触点和引导脱离点对齐)。例如参见US4,345,855的图2。
US 6,371,694(Coflexip，通过Technip所有的Deep Blue船而得以实现)公开了提高船的容量一个替代性实施方案。这里，在一个角度位置上设置两个邻近的(相对更窄的)贮存卷筒(所述轮圈的中平面在船的竖直纵向中平面内相交)而不增加单个贮存卷筒的尺寸。
用于刚性管道的贮存卷筒轻易地承受大约700公吨的重量，并且根据管的直径而能够贮存数千米的管道。例如使用25米直径的卷筒，该卷筒能够贮存7.5千米的管道直径为16英寸的管道或者80千米的管道直径为4英寸的管道。总的来说，装载的卷筒(即包括有用于铺设的管道)可以承受高达2500至4000公吨的重量。例如，US 4,345,855公开了发明的卷筒式铺管船能够卸下2000吨的管道。上文提及的Deep Blue管道铺设船装配有双卷筒，每个卷筒装载2800公吨。
US 4,687,376也公开了用于管道的可移动的辅助贮存卷筒。这些贮存卷筒支撑于所谓的“卷绕轨道组件”上，该“卷绕轨道组件”使贮存卷筒在左舷位置与右舷位置之间移动，如在图2和图20中可见。应当注意，如从例如US 4,687,376的图1可以得到，仅有宽度相对较小的贮存卷筒并且容量较小的卷筒材能够实现这种平移。
发明内容
本发明的目的是提供一种替代性的实施方案以提高船容量，特别是能够贮存更多的管道。根据本发明，这通过以下手段实现：使左支撑结构和右支撑结构实施为形成枢转结构，该枢转结构使水平卷筒轴线围绕竖直轴线进行角度调节从而变换至少一个贮存卷筒的角度位置，并且设置至少一个支撑结构驱动装置以围绕所述竖直轴线可控制地调节角度位置。
枢转结构的效果在于，贮存卷筒(特备是具有很大尺寸和重量的贮存卷筒)的角度位置能够调节。
枢转结构的优点在于，至少一个贮存卷筒的重心能够在枢转过程中基本保持固定：尽管在贮存卷筒平移的过程中，卷筒的重心与所述卷筒进行相同的平移，但如果重心与水平卷筒轴线的竖直枢转轴线重合，那么重心在枢转运动时能够不发生改变。
另一个优点在于，与固定贮存卷筒相比，用于角度位置可调节的贮存卷筒的船的空间仅仅需要很少的额外的船空间。具有很大尺寸的贮存卷筒的角度位置可以进行调节，而不需要显著增加占地区域。从而在宽度相对较小的船上获得了同样的贮存卷筒角度位置优点(如在Deep Blue中得以实现)。
对于本发明的枢转结构来说，贮存卷筒的角度位置能够出于两个原因而进行变换。能够变换贮存卷筒的角度位置以与贮存卷筒的旋转配合，从而有序地在贮存卷筒上卷绕管道或者从卷筒移除管道。能够获得经改进的例如效率和/或准确度方面的卷绕性能。刚性管道能够均衡地分布在贮存卷筒上。
第二，能够根据船操作人员的选择而调节水平卷筒轴线以使管道投放组件与第一贮存卷筒或第二贮存卷筒、或者左贮存卷筒部分或右贮存卷筒部分对准。换句话说，能够想到在卷绕的过程中使贮存卷筒处于对卷绕容量来说最佳的角度位置，即最佳的静止位置，还能够想到在卷绕过程中使贮存卷筒的角度位置能够在摆动运动中调节，即处于动态可调节的位置。
根据本发明，左支撑结构和右支撑结构由船支撑，并实施为形成枢转结构，所述枢转结构使水平卷筒轴线围绕竖直轴线进行角度调节，以变换至少一个贮存卷筒的角度位置。在各实施方案中，左支撑结构和/或右支撑结构被船可移动地支撑，优选同时被支撑。由此形成的水平卷筒轴线的角度调节围绕左支撑结构与右支撑结构之间的转动轴线进行。替代性地，能够想到各实施方案中仅左支撑结构或者右支撑结构可移动，而另一个支撑结构能够使水平卷筒枢转并进行角度调节。水平卷筒轴线随后围绕邻近另一个支撑结构的转动轴线转动。
在各实施方案中，左支撑结构和/或右支撑结构被船可移动地支撑以形成枢转连接。能够想到，一个支撑结构实施为滑板车或者两个支撑结构均实施为滑板车，所述滑板车被船可移动地支撑，例如被设置在船上的轨道支撑。替代性地，能够想到，在一个支撑结构或者两个支撑结构与船之间设置连杆，使得左支撑结构和右支撑结构移动以形成枢转结构，该枢转结构使水平卷筒轴线进行角度调节。
在各实施方案中，水平卷筒轴线通常垂直于船(L)的纵向轴线。
能够想到，沿船的纵向轴线的方向来看，各实施方案包括多个左支撑结构和右支撑结构，每个支撑结构支撑一个或者多个贮存卷筒，所述贮存卷筒在船上设置在彼此的后面。因此，能够在船上贮存更多(类型)的管道。
根据本发明，设置至少一个支撑结构驱动装置。每个支撑结构可以包括相对应的驱动装置。替代性地，一个支撑结构驱动装置作用于一个支撑结构或者两个支撑结构。有利地，设置支撑结构驱动装置控制器用以在卷绕和/或退绕过程中调节支撑结构。有利地，在卷绕过程中，贮存卷筒的角度位置与船的纵向轴线一致。
在各实施方案中，左卷筒支撑结构和右卷筒支撑结构实施为支撑架，例如实施为滑车。能够想到，卷筒支撑结构支撑贮存卷筒支撑轴的相对的两端，但是仅支撑突出的凸缘部分。支撑架可以例如能够沿着设置在船上的弯曲的轨道移动，或者替代性地，可以在支撑架与船之间设置水平轴承。
在另一个可想到的实施方案中，左卷筒支撑结构和右卷筒支撑结构由贮存卷筒支撑轴的相对的两端形成。支撑轴可以与支撑卷筒一起旋转，例如支撑轴在船上直接被承载表面支撑，从而形成枢转结构。替代性地，支撑轴包括四边形的或者多边形的端部并且具有承载表面，以便于贮存卷筒围绕该支撑轴旋转。
在各实施方案中，贮存卷筒的角度位置能够在极右角度位置与极左角度位置之间调节。在极右角度位置上，左偏离角最小，优选为0。在贮存卷筒的该角度位置上，左凸缘与管道引导件的引导接触点和引导脱离点对齐。类似地，在极左角度位置上，右偏离角最小，优选为0。在该角度位置上，右凸缘与引导接触点和引导脱离点对齐。能够想到，首先确定最佳的贮存卷筒角度位置然后在管道铺设过程中进行设置。
在各实施方案中，设置两个或者多个的贮存卷筒，所述贮存卷筒优选为能够独立地旋转。两个或者多个贮存卷筒由左卷筒支撑结构和右卷筒支撑结构共同支撑，在贮存卷筒的第一角度位置与贮存卷筒的第二角度位置之间进行水平卷筒轴线的角度调节，在所述第一角度位置上第一贮存卷筒的偏离角设置成最小，在所述第二角度位置上第二贮存卷筒的偏离角设置为最小。可能地是，还能够存在贮存卷筒的第三角度位置和第n角度位置，在该第三角度位置上第三卷筒的偏离角设置成最小，在该第n角度位置上第n卷筒的偏离角设置成最小。
在各实施方案中，设置主动的支撑结构驱动装置控制器，该支撑结构驱动装置控制器适配成在贮存卷筒上卷绕管道和/或从贮存卷筒退绕管道的过程中连续地变换贮存卷筒的角度位置，引起贮存卷筒的摆动运动。从而在管道铺设的过程中能够连续地改变贮存卷筒的角度位置，这对于卷绕管道和退绕管道是有利的。
如上所述，在各实施方案中，设置两个或者甚至可能是多个贮存卷筒。每个贮存卷筒可以装载不同的管道。有利地，各贮存卷筒可独立地旋转。这防止处在设定的水平卷筒轴线的角度位置上的不进行退绕的贮存卷筒产生不必要的旋转。此外，能够独立地且平行地在各贮存卷筒上卷绕管道。
可能地是，贮存卷筒经由共用的支撑轴而由左卷筒支撑结构和右卷筒支撑结构共同支撑。
替代性地，或者除了共用的支撑轴之外，还可以将贮存卷筒设置成经由竖直轴承而互相连接，使得两个贮存卷筒能够围绕共用的水平卷筒轴线而独立地旋转。例如，左贮存卷筒的右凸缘邻近右贮存卷筒的左凸缘设置。在这些凸缘之间可以设置直径较大的轴承(例如直径为所述凸缘的直径的70-95％)。具有这些凸缘的这一实施方案的优点在于，支撑轴可以成为多余并甚至可以被省去。在具有共用的支撑轴的情况下，由于轴承能有利于细长凸缘的强度，因而另一优点在于改进了整体的结构强度。
在又一替代性的实施方案中，设置一个贮存卷筒，其包括中间凸缘，所述中间凸缘限定贮存卷筒的左卷筒毂部分和右卷筒毂部分。可能地是，该中间凸缘是可移除的。可以在左卷筒毂部分和右卷筒毂部分上贮存不同的管道或者不同类型的管道。
根据本发明的另一种方式是，左支撑结构和右支撑结构使水平卷筒轴线进行角度调节。有利地，在贮存卷筒的第一角度位置与贮存卷筒的第二角度位置之间进行水平卷筒轴线的角度调节，在所述第一角度位置上第一贮存卷筒或者左卷筒毂部分的偏离角设置成最小，在所述第二角度位置上第二贮存卷或者右卷筒毂部分筒的偏离角设置为最小。在各实施方案中，水平卷筒轴线设置在贮存卷筒的第一角度位置上，并且仅改变为使贮存卷筒的第二角度位置变化。还能够想到，贮存卷筒的角度位置在管道铺设的过程中是动态变换的，以与贮存卷筒的旋转配合。
贮存卷筒的左竖直凸缘和右竖直凸缘(并可能还有中间凸缘)可以很大。能够想到30-50米的直径。为了能够实现如此大尺寸的凸缘并且具有可接受的厚度，可以使用经增强的凸缘。所述增强可以通过材料的选择而实现，或者通过设计增强结构而实现。
在各个实施方案中，左支撑结构和/或右支撑结构还实施为使水平卷筒轴线的一端或者两端进行向上的平移运动。因此，水平卷筒轴线(除了围绕根据本发明的竖直轴线旋转以外)还能够允许与贮存卷筒一致地围绕水平轴线从水平位置旋转到倾斜位置。贮存卷筒轴线的倾斜位置在卷筒布置成相对靠近管道投放组件的船的构造中可能是特别有利的。
本发明的海底管道安装船至少适配成实施刚性卷筒铺设方法。本领域技术人员对柔性管道和刚性管道进行区分。刚性管道的具体定义通常是已知的且可获得的。刚性管状的管道具有不会产生相对较大的塑性变形的最小的弯曲半径(例如数十米)。根据本发明的船包括竖直贮存卷筒，管状的管卷绕在所述竖直贮存卷筒上并会产生塑性变形。
所述船优选是位置动态变化的管道铺设船，优选是自航式的。还能够想到所述船不是自航式的，例如管道铺设驳船等，在这种情况下可能需要诸如拖船和供给船的支援船。
为了支撑卷绕有刚性管道的贮存卷筒的负载，船的船体构造优选具有增强的纵向强度。
在各实施方案中，设置具有相对较宽卷筒毂的贮存卷筒，从而能够贮存数量可观的管道。能够想到，在单个卷筒上贮存10000公吨的管道。根据本发明通过调节贮存卷筒的角度位置而减小了较宽卷筒毂相应的较大的偏离角。
在各实施方案中，在左支撑结构与右支撑结构之间共有的全部距离超过船体宽度的一半，优选为船体宽度的60-70％。
本发明的贮存卷筒被船支撑。将至少一个竖直贮存卷筒局部下潜地安装于船的船体中，这对船的整体稳定性有利。例如，在船的船体中设置卷筒固定器，在该卷筒固定器中固定一个或者多个贮存卷筒。限定水平卷筒轴线的左支撑结构和右支撑结构设置在与贮存卷筒(特别是具有较大容量的贮存卷筒)相适应的高度处。参见例如在US4,345,855和US4,687,376中公开的船体构造。替代性地，根据本发明还能够想到本发明的贮存卷筒支撑在船的甲板上。船的其它设计和贮存卷筒的其它位置也是可能的。
根据本发明，船包括至少一个竖直贮存卷筒和管道投放组件。通常将管道投放组件设置在船的后端处。替代性地，在各实施方案中，所述船还包括船井，并且管道投放组件邻近船井安装，使得作业线能够穿过船井延伸。
在各实施方案中，邻近贮存卷筒，在贮存卷筒与管道引导器之间设置卷绕设备。这种卷绕设备是能够越过卷筒的表面、沿着水平卷筒轴线的方向来回移动的管道引导器。卷绕设备在卷绕的过程中引导管道并且保持管道的卷绕水平，从而确保管道以均匀且平坦的方式卷绕在卷筒上。在具有多个卷筒或者在共用的卷筒上卷绕不同管道、包括中间凸缘的实施方案中，设置多个卷绕设备。特别地，每个管道具有相应的卷筒或者卷筒部分和卷绕设备。
卷绕设备可以包括具有引导滚轮的引导表面。在各实施方案中，卷绕设备由贮存卷筒支撑。例如，引导表面由引导滑车支撑，所述引导滑车在轨道上行进，所述轨道由至少一个支撑滑车支撑，所述支撑滑车沿着贮存卷筒的凸缘行进。替代性地，卷绕设备由船支撑。例如，引导表面由安装至船的船体的臂状件(类似于刮水片的形状)支撑。
有利地，卷绕设备能够通过卷绕控制而得以控制，该卷绕控制在各实施方案中由所述支撑结构驱动装置控制器来进行调整。能够想到，通过人工来进行卷绕控制，由此能够调控支撑结构驱动装置控制器。
海底管道安装船包括在卷筒的退绕方向的下游安装至船的管道投放组件，该管道投放组件适配成将已解绕的管道投放到海里。
在各实施方案中，管道投放组件配置成细长结构。优选地，管道投放组件实施为管道投放塔。可能地是，该塔是能够相对于水平的塔枢转轴线倾斜的塔(所述塔优选垂直于船的竖直纵中平面延伸)，以便(例如根据在其中铺设管道的水的水深)调节管道入水的管道进入角度。
管道投放组件包括管道引导器，该管道引导器优选安装于较高的位置处以便引导已解绕的管道从贮存卷筒沿着管道引导器进入到作业线中。管道引导器具有细长的管道引导构件，该管道引导构件例如由引导滚轮限定。在各实施方案中，管道引导器提供基本圆形的管道引导表面，该引导表面也称为对准轮。在替代性的实施方案中，管道引导表面是半圆形的，其通常称作为(偏转的)斜槽。
在各实施方案中，管道引导器起到控制半径的作用，当管道退绕时向管道施加基本均匀的压力并使管道基本具有恒定的弯曲半径。
管道引导构件基本沿贮存卷筒的方向定向。有利地，管道引导构件经由枢转连接件而被可移动地支撑，所述枢转连接件使得管道引导构件能够进行角度调节。因此，管道引导构件能够摆动到贮存卷筒的两侧，用以与正在进行退绕的管道对齐地定向。在US6,371,694中公开了示例性的可枢转的斜槽。
与贮存卷筒的角度位置相类似，管道引导构件的角度位置能够出于以下两个原因而进行变换：为了与贮存卷筒的旋转相配合，从而有序地在贮存卷筒上卷绕管道或者从卷筒移除管道，第二，为了按照船操作人员的选择而与第一贮存卷筒或者第二贮存卷筒，或者左贮存卷筒部分或右贮存卷筒部分进行对准。
有利地，管道引导构件能够通过管道引导控制而得以控制，该管道引导控制在各实施方案中由所述支撑结构驱动装置控制器调整。更为有利地，管道引导构件、卷绕设备和支撑结构驱动装置由共用的控制方法控制。
贮存卷筒驱动装置和张紧器通常使用共用的控制方法。有利地，该共用的控制方法还用于控制管道引导构件和支撑结构驱动装置，并且还能够用于卷绕设备。
海底管道安装船包括矫直器，所述矫直器设置在贮存卷筒的退绕方向的下游从而对刚性管道进行矫直。优选地，矫直器设置在管道引导器的下游。矫直器可以形成为滚轮列或者轨道列、或者对刚性管道施加充分的抗弯曲力的其他构造，从而消除残留的弯曲，近而在退绕之后，管道将会被基本平直地铺设在海底。通常已知的矫直器是三点矫直设备。
附图说明
下文将结合附图对本发明进行进一步阐明，其中：
图1是根据本发明的海底管道安装船的示意性侧视图；
图2是穿过根据本发明的贮存卷筒的水平卷筒轴线的在竖直平面内的横截面图；
图3a是在贮存卷筒的位置处的垂直于图1的海底管道安装船的纵向轴线的竖直横截面图；
图3b是沿图1的海底管道安装船的纵向轴线方向贯穿贮存卷筒的竖直横截面图，
图4是图1的海底管道安装船的俯视图；
图5a和5b是根据本发明的在两个不同的贮存卷筒位置处的单个贮存卷筒的示意性俯视图；
图6a和6b是根据本发明的在两个不同的贮存卷筒位置处的两个邻近的贮存卷筒的示意性俯视图；
图7示出卷绕设备的一个实施方案；
图8是限定偏离角的示意性视图。
具体实施方式
在图1-4中，示出用于在海S里将海上刚性管道20铺设到海底的海底管道安装船1，以及该船的各个细节。所述船1至少适配成实施刚性卷筒铺设方法。该船包括船体2和甲板3。两个平行的竖直贮存卷筒10，16位于卷筒固定器19中并部分地下潜至船的甲板内。
每个贮存卷筒10，16能够围绕共用的水平轴线11旋转，该水平轴线通常垂直于船L的纵向轴线安装，所述贮存卷筒贮存用于铺设的卷绕起来的刚性管道20。每个贮存卷筒10，16分别具有左竖直凸缘和右竖直凸缘12a，12b以及左竖直凸缘和右竖直凸缘13a，13b，卷筒毂14，15分别在所述左竖直凸缘和右竖直凸缘之间延伸。在所述卷筒毂14，15上能够贮存多个层，每个层包括多个管道20的绕卷。在图4中仅仅示出单个绕卷，在图1-图3中没有管道卷绕在贮存卷筒上。
两个贮存卷筒10，16能够独立地旋转，并且由左卷筒支撑结构30和右卷筒支撑结构31共同支撑，所述左卷筒支撑结构30和右卷筒支撑结构31适配成支撑贮存卷筒的重量并限定水平卷筒轴线11。在示出的实施方案中，尤其能够从图2中看出，贮存卷筒10，16经由共用的支撑轴17而由左卷筒支撑结构30和右卷筒支撑结构31共同支撑。支撑轴17设置在卷筒支撑结构的承载表面30a，31a上。在示出的实施方案中，支撑轴17不旋转，而是经由轴承17a而使卷筒毂旋转。可替代地，两个(或者多个)贮存卷筒经由竖直轴承而互相连接(未示出)，该竖直轴承使得两个贮存卷筒能够独立地旋转。那么则可以省去共用的支撑轴。
在示出的实施方案中，左支撑结构30和右支撑结构31由船支撑，特别是由船的甲板3支撑。该支撑结构经由贮存卷筒设备40，41而使贮存卷筒绕水平卷筒轴线11旋转。示出的贮存卷筒驱动装置包括一定数目(这里是12个)的卷筒驱动马达/致动器。例如，马达具有与设置在贮存卷筒上的齿条啮合的小齿轮。可能地，它们实施为轮缘驱动装置。
在示出的实施方案中，左支撑结构30还实施为使得水平卷筒轴线11的左端向上平移运动。左支撑结构包括船支撑部分30c和具有承载表面30a的部分30b，该支撑结构部分30b，30c能够相对于彼此移动从而允许向上的平移运动。
示出的贮存卷筒的直径几乎是45-50米，并且下潜甲板中15米。从图1和图3a可以看出，这里贮存卷筒被下潜至最大。组合起来的贮存卷筒的整体宽度超过17米；单个贮存卷筒在两个凸缘外侧之间的宽度超过8.5米。从图4和图3a的俯视图可以看出，在该实施方案中，左支撑结构30与右支撑结构31之间的全部距离超过船体宽度的一半，在这里大约是船体2的宽度的80-90％。
在示出的实施方案中，管道投放组件50(这里是管道投放塔，其经由水平枢转轴线59而通过调节器58可枢转地支撑)垂直于船的纵向轴线L而在船的后端处安装于船。在卷筒10下游沿退绕方向安装于船1的管道投放塔适配成将作业线51中的已解绕的管道投放到海S里。管道投放塔在其上端包括管道引导器53(在这里实施为对准轮)并且提供基本是圆形的管道引导表面，该管道引导器53包括细长的管道引导构件52，所述管道引导构件52基本上沿着贮存卷筒的方向定向。对准轮53适配成引导已解绕的管道从贮存卷筒10沿着对准轮53而进入到作业线51中。管道20在作业线的上游的引导接触点54处与管道引导构件52接触，并且在引导脱离点55处脱离所述构件而进入到作业线51中。对准轮53能够围绕对准轮轴线48旋转。
在示出的实施方案中，管道引导构件52经由枢转连接件52’而由管道投放组件50可移动地支撑，使得管道引导构件能够进行角度调节。从图1可以推出管道引导构件52能够围绕垂直于视图的水平轴线进行枢转运动。由此，管道投放组件50围绕枢转轴线59的枢转与管道引导构件围绕平行轴线的枢转能够同时进行。
从图4还可以推出，管道引导构件52能够围绕作业线51(这里为垂直于视图)而进行枢转运动。由此，能够进行管道引导构件52朝向卷筒的角度调节。因此，使得管道引导构件52向贮存卷筒的侧部摆动，用以与正在退绕的管道定向一致。
在示出的实施方案中，矫直器56设置在对准轮53的下游，从而设置在贮存卷筒10在退绕方向的下游，以矫直刚性管道。在矫直器56的下方设置两个张紧器57，所述张紧器57适配成与投放线51中的管道接合并且支撑已投放的管道的至少一部分重量，以便控制刚性管道在海底的铺设速度。在张紧器57的下方设置工作站49。通常，设置管道支撑设备(未示出)，其适配成支撑作业线中的已投放的管道的重量。这种管道支撑设备例如实施为外挂组件。
在船的前端可见甲板室8。
在图4的俯视图中可见，由于允许水平卷筒轴线11围绕竖直轴线60进行角度调节，因而左支撑结构30和右支撑结构31实施为形成枢转结构。从而，贮存卷筒10，16的角度位置可以变换为贮存卷筒的第一角度位置(在图4中示出)和贮存卷筒的第二角度位置(未示出)，在所述第一角度位置上第一贮存卷筒10的偏离角设置成最小，在第二角度位置上第二贮存卷筒的偏离角设置成最小。
在图8中，示意性地表示偏离角的定义。贮存卷筒100的左偏离角LFA和右偏离角RFA限定为第一直线L1与第二直线之间的角，所述第一直线L1是从引导脱离点55到贮存卷筒110并垂直于卷筒轴线111划定的，所述第二直线是从引导脱离点55分别到左凸缘112和右凸缘113划定的。
在如图4中所示的贮存卷筒的角度位置，在引导脱离点55与贮存卷筒10之间并垂直于卷筒轴线11的第一直线沿贮存卷筒10的方向而相对于船的纵向轴线L倾斜。因此，第一贮存卷筒10的偏离角在该角度位置设置成最小。
图4的贮存卷筒的角度位置通过支撑结构驱动装置35(这里实施为对支撑结构30起作用的致动缸)实现。与支撑结构30相对的支撑结构31使得水平卷筒轴线11围绕竖直轴线60进行枢转运动。
在图5a和图5b中，在俯视图中示出卷筒固定器88中的下潜入船89的船体中的贮存卷筒80。贮存卷筒80是单个卷筒，其用于贮存用于铺设的已卷绕的刚性管道，该卷筒能够围绕垂直于根据本发明的船(例如图1的船)的纵向轴线的水平卷筒轴线81转动。贮存卷筒80包括左竖直凸缘82a和右竖直凸缘82b，卷筒毂84在所述左竖直凸缘82a与右竖直凸缘82b之间延伸。在所述卷筒毂84上能够贮存多个层，每个层包括多个管道绕卷。
设置左卷筒支撑结构85和右卷筒支撑结构86，所述左卷筒支撑结构85和右卷筒支撑结构86适配成支撑贮存卷筒80的重量，并限定水平卷筒轴线81。左卷筒支撑结构85和右卷筒支撑结构86邻近卷筒固定器88由船支撑在承载表面89a和89a’上。
在图5a示出的贮存卷筒的位置中，贮存卷筒80的角度位置朝船89的左舷(PS)枢转。因此，贮存卷筒80处于极左角度位置，在该角度位置上右偏离角最小。因此，改进了从邻近右凸缘82b的位置的管道退绕。
在图5b示出的贮存卷筒的位置中，贮存卷筒80的角度位置朝船89的右舷(SB)侧枢转。因此，贮存卷筒80处于极右角度位置，在该角度位置上左偏离角最小。因此，改进了从邻近左凸缘82a的位置的管道退绕。
图5a和图5b中的贮存卷筒的角度位置通过支撑结构驱动装置87(这里实施为对支撑结构86起作用的致动缸)实现。与支撑结构86相对的支撑结构85使水平卷筒轴线81围绕竖直轴线83枢转运动。有利地，提供主动的支撑结构驱动装置控制器，其适配成在使管道卷绕到贮存卷筒上和/或从贮存卷筒退绕管道的过程中连续地在图5a与图5b的角度位置之间变换贮存卷筒的角度位置，导致贮存卷筒80的摆动运动。
在图5b中，在左凸缘82a与右凸缘82b之间示意性地示出可选的中间凸缘82c。中间凸缘82c限定贮存卷筒80的左卷筒毂部分和右卷筒毂部分。如在图5a和图5b示出的水平卷筒轴线81的角度调节使贮存卷筒在第一角度位置之间移动(如图5b所示)，在该第一角度位置左卷筒毂部分84a的偏离角设置成最小。与在图5a的角度位置相似，在贮存卷筒的第二角度位置右卷筒毂部分84b的偏离角设置成最小。
在图6a和图6b中，在俯视图中示出卷筒固定器92a中的下潜入船92b的船体中的两个贮存卷筒90，91。贮存卷筒90，91是平行的卷筒，它们用于贮存用于铺设的卷绕的刚性管道。贮存卷筒90，91优选地能够独立地围绕水平卷筒轴线93旋转，该水平卷筒轴线垂直于根据本发明的船(例如图1的船)的纵向轴线。每个贮存卷筒包括左竖直凸缘90a，90b和右竖直凸缘91a，91b，卷筒毂90c，91c在左竖直凸缘90a，90b和右竖直凸缘91a，91b之间延伸。在该卷筒毂上能够贮存多个层，每个层包括多个管道绕卷。
设置左卷筒支撑结构94和右卷筒支撑结构95，所述左卷筒支撑结构94和右卷筒支撑结构95适配成支撑贮存卷筒90，91二者的重量，并限定水平卷筒轴线93。左卷筒支撑结构94和右卷筒支撑结构95由船支撑在邻近卷筒固定器92a的承载表面99，99’上。替代性地，可以设置连杆机构作为支撑结构。
在图6a中示出的贮存卷筒的位置上，贮存卷筒90，91的角度位置朝船92b的左舷(PS)枢转。因此，贮存卷筒90，91处于贮存卷筒的第一角度位置，在该第一角度位置上右卷筒91的偏离角设置成最小。因此，改进了从贮存卷筒91进行的管道退绕以及在贮存卷筒91上进行的管道卷绕。
在图6b中示出的贮存卷筒的位置上，贮存卷筒90，91的角度位置朝船92b的右舷(SB)枢转。因此，贮存卷筒90，91处于贮存卷筒的第二角度位置，在该第二角度位置上左卷筒90的偏离角设置成最小。因此，改进了从贮存卷筒90进行的管道退绕以及在贮存卷筒90上进行的管道卷绕。
图6a和图6b的贮存卷筒的角度位置由两个支撑结构驱动装置96，97(这里实施为分别对支撑结构94，95起作用的致动缸)实现。因此，允许水平卷筒轴线83围绕竖直轴线98枢转运动。
在图7中，示出根据本发明的优选方面的卷绕设备70。卷绕设备优选地设置在贮存卷筒与管道引导器之间用以引导管道，该卷绕设备在卷绕过程中保持管道的卷绕平坦，从而确保管道以均匀且平坦的方式卷绕在卷筒上。
示出的实施方案的卷绕设备70包括两个支撑滑车74，74’，所述支撑滑车由贮存卷筒79的相对的凸缘78，78’支撑。支撑滑车74经由梁77而由贮存卷筒79支撑。支撑滑车74，74’中的每一者具有引导表面，所述引导表面设置有引导滚轮71，71’。这里，引导表面由引导滑车72，72’支撑，所述引导滑车越过轨道73，73’行进，所述轨道73，73’由至少一个支撑滑车74，74’支撑，所述支撑滑车74，74’沿着贮存卷筒79的凸缘78，78’行进。经由轨道73，73’和滑车72，72’，卷筒设备70的引导表面能够沿水平卷筒轴线(垂直于画面)的方向往复移动。在各实施方案中，具有引导滚轮的两个引导表面由引导滑车72支撑，使得管道能够由两组相对的引导滚轮引导。有利地，卷绕设备能够通过卷绕控制而得以控制，该卷绕控制在各实施方案中由所述支撑结构驱动装置控制器调整。

Claims (15)

1.一种海底管道安装船(1)，其用于在海(S)里将海上刚性管道铺设到海底，所述船至少适配成实施刚性卷筒铺设方法，其中所述船包括：
·船体(2)和甲板(3)；
·至少一个竖直贮存卷筒(10，16)，其用于贮存用于铺设的已卷绕的刚性管道(20)，所述贮存卷筒能够围绕水平卷筒轴线(11)旋转；所述贮存卷筒(10，16)包括：
○左竖直凸缘和右竖直凸缘(12a,12b；13a,13b)，卷筒毂(14，15)在左竖直凸缘和右竖直凸缘之间延伸，
○卷筒毂(14，15)，在所述卷筒毂(14，15)上能够贮存多个层，每个层包括多个管道(20)的绕卷；
·左卷筒支撑结构和右卷筒支撑结构(30，31)，所述左卷筒支撑结构和右卷筒支撑结构(30，31)适配成支撑至少一个贮存卷筒的重量，并限定水平卷筒轴线(11)，并且所述左支撑结构和右支撑结构由所述船支撑，
·贮存卷筒驱动装置(40，41)，所述贮存卷筒驱动装置用以使贮存卷筒旋转；
·管道投放组件(50)，其在卷筒(10)的退绕方向的下游安装于所述船，所述管道投放组件适配成将作业线(51)中的已解绕的管道投放到海里，所述管道投放组件包括管道引导器(53)，所述管道引导器(53)具有基本沿贮存卷筒的方向定向的细长的管道引导构件(52)，并且具有基本圆形或者半圆形的管道引导表面，所述管道引导器(53)适配成引导已解绕的管道从贮存卷筒(10)沿着管道引导器(53)而进入到作业线(51)中，其中所述管道(20)与管道引导构件(52)在作业线的上游的引导接触点(54)处接触，并且在引导脱离点(55)处脱离所述构件而进入到所述作业线(51)中；
○其中贮存卷筒的左偏离角和右偏离角(LFA，RFA)被限定为第一直线与第二直线之间的角，所述第一直线是垂直于卷筒轴线并从引导脱离点到贮存卷筒划定的，所述第二直线是从引导脱离点分别到左凸缘和右凸缘而划定的，
·矫直器(56)，其设置在贮存卷筒(10)的沿退绕方向的下游以对刚性管道进行矫直，
·至少一个张紧器(57)，其设置在管道引导器(53)的下游以控制刚性管道在海底的铺设速度，所述张紧器(57)适配成与作业线(51)中的管道接合并支撑已投放的管道的至少一部分重量，
·管道支撑设备，其适配成支撑作业线中的已投放的管道的重量；
其特征在于，
左支撑结构和右支撑结构(30，31)实施为形成枢转结构，所述枢转结构使水平卷筒轴线(11)围绕竖直轴线(60)进行角度调节以变换至少一个贮存卷筒(10，16)的角度位置，并且设置至少一个支撑结构驱动装置(35)用以能够进行控制地调节围绕所述竖直轴线(60)的角度位置。
2.根据权利要求1所述的海底管道安装船，其中，贮存卷筒的角度位置能够在极右角度位置与极左角度位置之间调节，在所述极右角度位置左偏离角最小，优选为0，在所述极左角度位置右偏离角最小，优选为0。
3.根据权利要求2所述的海底管道安装船，还包括主动的支撑结构驱动装置控制器，该支撑结构驱动装置控制器适配成在贮存卷筒上进行的管道卷绕和/或从贮存卷筒进行的管道退绕的过程中连续地变换贮存卷筒的角度位置，引起贮存卷筒的摆动运动。
4.根据权利要求1所述的海底管道安装船，其包括两个贮存卷筒(10，16)，所述贮存卷筒(10，16)优选能够独立地旋转，所述贮存卷筒(10，16)由所述左卷筒支撑结构和右卷筒支撑结构(30，31)共同地支撑，其中水平卷筒轴线能够在第一角度位置与第二角度位置之间进行角度调节，在所述第一角度位置上第一贮存卷筒的偏离角设置成最小，在所述第二角度位置上第二贮存卷筒的偏离角设置成最小。
5.根据权利要求4所述的海底管道安装船，其中，两个贮存卷筒经由竖直轴承而互相连接，所述竖直轴承使得两个贮存卷筒能够独立地旋转。
6.根据权利要求1所述的海底管道安装船，其包括两个贮存卷筒，所述贮存卷筒优选能够独立地旋转并经由共用的支撑轴(17)而被左支撑结构和右支撑结构共同支撑。
7.根据权利要求1所述的海底管道安装船，其包括一个贮存卷筒，所述贮存卷筒包括中间凸缘(82c)，所述中间凸缘(82c)限定贮存卷筒(80)的左卷筒毂部分和右卷筒毂部分(84a，84b)，其中，所述左支撑结构和右支撑结构使得水平卷筒轴线能够在贮存卷筒的第一角度位置与贮存卷筒的第二角度位置之间进行角度调节，在所述第一角度位置上左卷筒毂部分的偏离角设置成最小，在所述第二角度位置右卷筒毂部分的偏离角设置成最小。
8.根据权利要求1所述的海底管道安装船，其中，所述左支撑结构和右支撑结构之间全部距离超过船体宽度的一半，优选为船体宽度的60-70％。
9.根据权利要求1所述的海底管道安装船，还包括卷绕设备(70)，所述卷绕设备(70)设置在贮存卷筒(10)与管道引导器(53)之间。
10.根据权利要求1所述的海底管道安装船，其中，管道引导构件(52)经由枢转连接件(52’)而被可移动地支撑，所述枢转连接件(52’)使得管道引导构件能够进行角度调节。
11.根据权利要求1所述的海底管道安装船，其中，左支撑结构和/或右支撑结构还实施为使水平卷筒轴线的一端或者两端进行向上的平移运动。
12.用于在海底刚性卷筒式铺设海上刚性管道的方法，其中，使用根据权利要求1所述的系统。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述船包括单个竖直贮存卷筒，所述方法包括以下步骤：在从贮存卷筒退绕多个管道绕卷的多个层的过程中，在极右角度位置与极左角度位置之间连续地变换贮存卷筒的角度位置，引起水平卷筒轴线的摆动运动，在所述极右角度位置上左偏离角最小，优选为0，在所述极左角度位置上右偏离角最小。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述船包括两个贮存卷筒，其由左支撑结构和右支撑结构共同支撑，所述方法包括以下步骤：调节水平卷筒轴线的角度并且使所述贮存卷筒定位在第一角度位置上，在所述第一角度位置上第一贮存卷筒的偏离角设置成最小，所述方法还包括以下步骤：调节水平卷筒轴线的角度并且使所述贮存卷筒定位在第二角度位置上，在所述第二角度位置上第二贮存卷筒的偏离角设置成最小。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，在使所述贮存卷筒定位在贮存卷筒的第一角度位置或者第二角度位置的步骤之后，进行以下步骤：在从贮存卷筒退绕多个管道绕卷的多个层的过程中连续地变换贮存卷筒的角度位置，引起水平卷筒轴线的摆动运动。
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