CN102362200B - 拖缆连接系统 - Google Patents

Abstract

一种用于将外部设备(18)连接至海洋地震拖缆(14)上的指定位置处的连接系统。具有升高凸部的内轴环在沿着线缆长度的指定位置处夹持至线缆。每个内轴环形成包围线缆的圆形座圈。外部设备附接至一对呈C形圆柱形环的轴套(10)，每个轴套具有圆形内表面。环中的间隙中断内表面。间隙的宽度大于凸部的直径以使得在间隙与凸部对齐时轴套可滑动到轴环上。

Description

拖缆连接系统

技术领域

本发明涉及海洋地震勘探，并且更具体地涉及用于将装备附接至海洋地震线缆和从其卸下的连接系统。

背景技术

海洋地震拖缆是通常为数千米长的线缆，其包含沿着其长度的水听器阵列及相关电子装备。拖缆的一个目的是在调查区域中将水听器阵列相对于拖引船定位于已知深度和朝向。安装于外面的装备，比如深度控制器，称为“探测器(bird)”、拖缆回收箱、以及声学箱，执行定位和控制线缆的作用。这些种类的外部装备中的各个设备沿着长度附接至线缆的不同位置处。所有这些外部设备应当尽可能快速且可靠地附接至线缆和从线缆移除。地震船的运行费用要求这些外部设备的快速附接和卸下。因为这些外部设备通常价值数千美元，它们就要求任何附接规划最高程度的可靠性。由于连接器故障或由于线缆意外损坏所引起的线缆附接失败就时间和昂贵装备而言都导致了显著的经济损失。

目前的典型线缆附接方案由依赖于铰链和闩锁机构来操作的轴环布置构成。这些机构的例子在1996年4月16日授权给Oneil J.Williams等的名称为“Connector For Underwater Cables(用于水下线缆的连接器)”的美国专利5,507,243和1998年1月20日授权给David W.Zoch等的名称为“Latching Device(闩锁设备)”的美国专利5,709,497中描述。在线缆从调查船的后甲板放出时，附接至轴环的外部设备夹紧于线缆上的座圈周围。座圈允许线缆在轴环内旋转，同时外部设备不旋转，当它们被一起拖拉时。常规连接器规划一般需要一个操作员来将笨拙的外部设备定位并保持就位同时第二个操作员将手动闩锁轴环固定至线缆，经常同时试图维持在摇晃的调查船上的平衡。需要两个操作员显然增大了操作成本。

这些常规机构还结合有弹簧或销，其具有与轴环相接触的不同类金属。与海水接触的不同类金属由于电化学反应而腐蚀。虽然常规的铰链和闩锁式轴环提供了快速附接和更新时的移除，但是暴露至盐水使其性能退化并且最终会导致其完全失效。失效的轴环会导致地震线缆上的外部电子设备或者卡住连接器的损失，在线缆卷起时这就耗费时间来移除外部设备。

需要厚的横截面(通常为铝)以将常规闩锁机构安全地嵌入轴环内。在地震线缆被拖拉穿过水中时，这种大的横截面产生了地震线缆上的液力噪音和侧向加速。这些不希望的特性破坏了由水听器进行的地震声学信号的敏感测量。

由美国德克萨斯州休斯顿的ION Geophysical公司出售并且在分别于2001年7月24日和2002年6月4日授权给AndréW.Olivier的名称为“Connector System for Connecting Equipment to UnderwaterCables(用于将装备连接至水下线缆的连接器系统)”的美国专利6,263,823和6,397,773中描述的Quick Cuff^TM连接器避免了这些缺点中的一些并且提供了如下优点：一种没有移动部件的海洋线缆连接，其比现有技术的连接更加可靠；一种不管全新还是由于长期暴露于海水而老化都能起作用的海洋线缆连接；一种需要更少操作员来安全地操作的海洋线缆连接；一种由于没有突出的附接机构而具有较低液力噪音特性的海洋线缆连接；一种能易于适合于现有地震线缆以及新技术线缆的海洋线缆连接；一种比现有连接器更轻且更简单的海洋线缆连接；一种由借助于几何特点而非机构啮合的内座圈和外轴环构成的海洋线缆连接；以及一种比现有技术的连接器操作起来显著更快的海洋线缆连接。Quick Cuff^TM连接器系统包括附接至比如电缆调平或转向探测器或声学收发器之类设备的轴套(cuff)，其将在已知位置处连接至拖缆。C形圆柱形轴套具有由间隙中断的圆形内表面。喉部由轴套中的在轴套的长度上延伸的间隙所形成。跨过喉部的C的端部之间的间距限定间隙的宽度。间隙的宽度稍大于拖缆的直径以使得轴套能滑动到拖缆上。具有座圈的内轴环在已知位置处加接至线缆。座圈的直径大于由轴套的喉部所形成的间隙的宽度。轴套的内表面可以在内轴环的座圈上滑动就位。因为座圈的直径超过喉部的间隙的宽度，所以轴套和已附接装备不能径向地从内轴环断开连接。结构元件，比如从外部设备延伸穿过轴套中的槽口并进入轴环上的凹槽的固定销，进一步妨碍轴套沿着内轴环的纵向位移。但是一些设备，比如不是由IONGeophysical公司出售的拖缆回收箱，不具有固定销，并且在一些海洋状况下，比如尾随浪，这些外部设备会被向前推，导致轴套与座圈脱离啮合。

发明内容

一种具有本发明特点的创新性线缆连接系统包括在指定位置处附接于水下线缆周围的第一轴环以及在间隔开的位置处附接于线缆周围的第二轴环。第一轴环和第二轴环每个在其周边上都具有座圈和升高凸部。可旋转地安装至第一轴环的第一C形轴套包括用于跨乘在第一轴环的座圈上的内表面。在C形轴套中由C的端部之间的纵向间隙形成喉部。间隙在C的端部之间的宽度大于或等于第一轴环上的凸部的最大圆周尺寸。类似的第二C形轴套可旋转地安装至第二轴环。

另一方案的连接系统包括可附接于水下线缆周围的轴环和C形轴套。轴环包括在圆周支承座圈的前端处的在轴环的周边上的升高凸部。C形轴套具有用于跨乘在轴环的支承座圈上的圆柱形内表面。在C形轴套中由C的端部之间的纵向间隙形成喉部。间隙在C的端部之间的宽度足够宽以在轴套滑到轴环上和滑离轴环时越过凸部。当间隙与凸部圆周地偏移时凸部防止轴套离开座圈。

本发明的另一方面提供了一种用于将外部设备可旋转地连接至地震线缆的轴环。轴环包括在轴环的周边周围圆周地延伸的座圈、位于座圈的后端处的升高凸肩、以及布置于座圈的相反前端处并且在轴环周边周围部分地延伸的升高凸部。

在本发明的另一方面，一种用于将附接至一对轴套的外部设备附接至安装于水下线缆上的一对轴环的方法，每个轴环包括座圈和升高凸部，该方法包括：(a)将一对具有喉部的轴套紧固至外部设备；(b)使轴环相对彼此旋转以对齐两个轴环上的凸部；(c)使轴套通过喉部在扭曲的线缆上方径向地滑动；(d)使轴套沿线缆纵向地滑动使得对齐的凸部穿过喉部，并且使轴套在内轴环周围就位；以及(e)使轴环相对彼此旋转以偏移凸部。

一种用于将附接至一对轴套的外部设备从安装于水下线缆上的一对轴环上卸下的方法，每个轴套具有喉部，每个轴环包括升高凸部，该方法包括：(a)使轴环相对彼此旋转以对齐两个轴环上的凸部；(b)使轴套沿轴环在扭曲的线缆上纵向地滑动使得对齐的凸部被接收在喉部中直至越过轴环；以及(c)将附接至外部设备的轴套径向地滑动离开线缆。

附图说明

本发明的这些和其他特点、方面以及优点通过参照以下描述、所附权利要求以及附图更好地理解，其中：

图1是在用于将设备连接至具体化本发明特点的水下线缆的系统中使用的连接器的一个方案的透视图；

图2是如图1中示出为附接至外部设备(在本示例中，线缆调平探测器)的两个连接器的透视图；

图3是示出其附接至一段水下线缆的内轴环的分解透视图；

图4A-4E是示出根据本发明的系统的一段水下线缆以及用于将外部设备在已知位置处附接至线缆的相关过程的正面视图(图4A)和侧面视图(图4B-4E)；

图5是具有牺牲凸部的内轴环的另一个方案的一半的透视图；

图6A和6B是具有可扩展凸部的内轴环的又一个方案示出为处于解锁和锁止位置的透视图；并且

图7是具有按钮式凸部的内轴环的另一个方案的一半的透视图。

具体实施方式

一种具体化本发明特点的用于将外部设备连接至水下线缆的系统的一个示例在图1-4中以及在通过参考结合于此的分别于2001年7月24日和2002年6月4日授权给AndréW.Olivier的名称为“Connector System for Connecting Equipment to Underwater Cables(用于将装备连接至水下线缆的连接器系统)”的美国专利6,263,823和6,397,773中示出。实现与地震线缆的可靠无机构连接的系统的关键部件是用作外轴环的C形圆柱形环或轴套10。轴套具有在C的端部之间沿着轴套的长度由轴套中的间隙形成的开口或喉部12。C的端部之间的间隙跨过喉部的宽度稍大于水下地震线缆16的直径14。轴套优选地是单体构造，即，没有不同类的金属或移动部件，由将经受得住长时间暴露于海水并且能承受重大机械负荷的材料制造。由于轴套类似于轴颈轴承的外座圈地绕着线缆自由地旋转，因此摩擦，尤其是沿着其内表面26的摩擦，必须最小化。材料比如铝、钛以及工程级别塑料优选地用于轴套。将连接至线缆的每个外部设备18，比如如图2和4中示出的线缆调平探测器、声音发送器、接收器或收发器、电缆回收设备或漂浮管通常具有需要两个轴套的两个附接点。(当然，具有单个轴套的外部设备也是可能的。)轴套例如通过附接装置附接至外部设备，所述附接装置使用如图4E的切除部分中所示并且例如在通过参考结合于此的1993年5月25日授权给AndréW.Olivier等的名称为“Swing Plate Latch Mechanism(摆动板闩锁机构)”的美国专利5,214,612中所述的常规外部设备硬件20。在所示的方案中，在轴套的圆周周围间隔开180°地加工的两个键槽22以接收从外部设备延伸穿过轴套的外表面27的燕尾销24。键槽具有在一端处接收燕尾销的头部的圆形开口28以及从圆形开口延伸至键槽的另一端的较窄槽部分30。燕尾销用作自定中导向件和旋转接头。两个键槽设置为使得在地震线缆上的每个连接位置处能安装两个外部设备，比如探测器和漂浮管。喉部优选地定位于两个键槽之间的中点处以使得喉部在线缆上采取不是面向上的方位。重点在于，喉部不应在轴套上定位为与附接的外部设备直径地相对。换言之，喉部应当在轴套周围与附接的外部设备圆周地间隔开小于180°。

如图3所示，内轴环32半永久地夹持于线缆14周围并且沿着线缆的长度形成纵向安装位置并且形成用于轴套的内支承座圈34。内轴环由两个对称的半部36构成，半部通常在定位于线缆内的线缆间隔件40的顶部上或前面用螺钉或螺栓38在线缆周围螺旋在一起。轴环半部的一侧上的螺钉孔42接收螺旋入轴环半部的另一侧上的螺纹孔44内的螺钉头。结构元件，比如一对升高的圆周肋46，沿着内表面48设置，内表面能是不同地定尺寸以匹配不同的地震线缆。元件防止轴环沿着线缆并且因此防止附接的外部设备的纵向移动。如图3中所示，肋间隔开以刚好跨过固定的电缆间隔件，间隔件使被夹持的内座圈保持就位。内轴环的前端处的斜面50便于轴套的自定中。后端处的支承凸肩52防止外部设备安装后的纵向平移。凸肩可始终在轴环周围连续地延伸360°的最大圆周程度，但是也能分段。圆周凹槽54接收从外部设备延伸的常规可伸缩销56。弹簧偏压的自启动销允许具有附接轴套的外部设备在座圈中咬合就位并且还防止外部设备沿着线缆的向前平移。内轴环在斜面50后的周边上的突起或升高凸部70与凸肩52一起限定座圈34。凸部具有最大圆周尺寸71和最大厚度72。凸部上的后支承表面提供向前支承止动件73。凸部示出为三角形，并且止动件形成弯曲三角形的基部并且另外两个弯曲侧面74形成有助于将轴套引导到轴环上的导向表面。凸部还在厚度上从前至后流体动力学地成锥形以减少流动噪音。但是凸部能形成为其他流体动力学形状。内轴环32优选地由能经受严酷机械条件和暴露于海水的塑料制成。为了低摩擦和磨损，工程级别塑料比如缩醛、尼龙以及聚乙烯是优选的。

如图4A所示，内座圈32的外直径58稍大于地震线缆的直径16。轴套的内直径60在直径上稍大于内座圈，但是小于内座圈的直径加上凸部的厚度72。轴套的喉部12处的间隙的宽度61稍大于线缆直径和凸部的最大圆周尺寸71，但是小于内座圈的直径。这些直径差异产生互锁条件和高度可靠的容错连接。

一种用于将外部设备附接至拖缆线缆的方法在图4A-4E中示出。首先，通过其燕尾销24保持至前后轴套10的外部设备18通过将每个外部轴套定位于前内轴环32和后内轴环75的前面和侧面来安装，后内轴环形成外围座圈76并且能具有(但是并非必须具有)类似于前轴环上的那些的凹槽和后凸肩(图4A和4B)。然后，需要垂直于线缆的径向运动(如由箭头62所示)以使每个轴套及其喉部滑过线缆上方以从线缆悬挂外部设备。在这个构造中，线缆暂时地支撑设备。与外部设备相关的两个内轴环优选地用其彼此圆周地偏移的凸部70安装至线缆。图4B中所示的偏移是大约90°，主要是为了更好地示出偏移，但是也能更小。在内轴环与轴套相啮合之前，将线缆手动地扭曲或在线缆周围使轴套相对彼此旋转，如图4C和4D所示，以纵向地对齐前和后内轴环32、75的凸部。(在不能手动地扭曲的实心拖缆中，一个或两个轴环将绕着线缆可旋转。轴环将通过摩擦配合在线缆上保持就位，该摩擦配合能通过手动地施加旋转力来克服。液体填充的拖缆能手动地扭曲以在无需绕着拖缆旋转轴环之下对齐凸部。)然后，如箭头64所示，沿着线缆长度(图4C)的第二纵向运动将设备定位到内轴环32、75上，并且轴套10的内表面26跨乘在内座圈34、76中以使得线缆能在轴套内部旋转。轴套中的间隙允许轴套越过对齐的凸部。前轴环上的支承凸肩52支撑推力负荷并且提供正向定位。定位于外部设备中的弹簧加载销56自动地延伸入前内座圈34中的凹槽54并且防止外部设备在大多数情况下的向前运动。(弹簧加载的销不需要啮合后内座圈。)线缆不扭曲时不纵向对齐的凸部提供另外的锁止保护以防止外部设备的向前运动。偏移凸部上的止动件73妨碍轴套从轴环的移除。该设备准备好用于在线缆处于其如图4E中所示的正常(不扭曲)操作状态下与电缆一起布置。为了将外部设备从线缆上卸下，可伸缩销首先通过短柱66的向下压力而降低至凹槽的外面，短柱66从销垂直地向外延伸穿过外部设备中的竖直槽口68。线缆也被扭曲或使轴套绕着线缆相对彼此旋转以重新对齐凸部。卸下过程的剩余部分正好是附接过程的相反顺序。

可与轴套一起使用的轴环的另一个方案在图5中示出。所示轴环半部78包括可分开凸部80，其具有一对从其底侧延伸并且进入轴环的安全销(sheer pins)82。轴环的另一半可与图3中所示相同。在凸部的后支承表面84经受大于销的安全阈值的向前力86或推力负荷时，销断裂，释放凸部81并且释放附接至轴套的外部设备。安全阈值优选地选择为大于凸部将会由于波动作用和正常操作状态下遇到的推力负荷，但是小于由阻碍外部设备的较大外物所引起的严重推力负荷。其他牺牲凸部装置包括：由比如泡沫材料之类的材料形成凸部，其在大于预先确定阈值的推力负荷之下变形以释放轴套以及将凸部用粘合剂或其他在大于预先确定阈值的推力负荷之下屈服的结合方式附接至轴环。因而，凸部能用作防止严重损害拖缆的牺牲元件。

具有可扩展凸部的轴环在图6A和6B中示出。轴环88具有凸部90，凸部90具有如由箭头91所示能在如图6A中所示的解锁位置与如图6B中的锁止位置之间移动的两个部分92、93。在图6A中，这两个凸部部分被保持在一起从而允许轴套10在安装或移除期间滑至座圈34或从座圈34滑动。在处于解锁位置时，凸部的最大圆周尺寸小于或等于轴套间隙的宽度。一旦轴套越过压缩凸部，这两个部分分开进入如图6B中所示的凸部的锁止位置。在锁止位置中，基部94、95足够远地间隔开从而跨过间隙并且在轴套的全部圆周位置处将轴套锁止至座圈上。一个或两个凸部部分能被弹簧加载入正常扩展且锁止的位置。通过推压两个侧面96、97来压缩弹簧将会使两个凸部部分移动至解锁位置。释放这两个侧面上的压力将允许弹簧将两个凸部部分圆周地展开分离至锁止位置。

内轴环的一个半部在图7中示出为具有弹簧加载的按钮凸部。轴环的另一个半部可与图3中相同。轴环半部98具有保持弹簧102的凸部100，弹簧在其远端处附接至轴环中在凸部下面跨过间隙的结构。弹簧将凸部法向地偏压入升高的锁止位置。施加至按钮凸部向下压力，比如手指压力，引起其在解锁位置中缩入轴环中的间隙，用于容易地安装或移除轴套。

虽然本发明已经参照优选方案详细地进行描述，但是其他方案也是可能的。例如，仅需要使用单个轴套和内座圈的单个附接点的外部设备对于本发明也是可能的。在双轴套的附接中，后内座圈能具有(但是不是必须具有)圆周凹槽以及用作纵向止动件的共同配合的可伸缩销或凸肩。形成喉部的间隙能具有恒定的宽度，如图中所示，或能替代地在一端处比另一端处窄。如果两个外部设备无需在共同位置处附接的话，轴套能仅具有单个键槽。代替借助保持于键槽中的燕尾销附接至外部设备，其他附接装置也是可能的。例如，轴套能由螺钉或其他紧固件半永久性的紧固至外部设备或由粘合剂永久地附接或形成为外部设备的一体部分。作为另一个示例，在双轴套双轴环的连接中，仅在其中一个轴环上需要凸部以在某些情况下提供对外部设备的足够锁止。附接的方法能如所述手动地执行或通过自动化设备操纵系统执行。本发明还可应用于类似外部设备附接于此的不可拖拉的海底布置线缆上。因此，权利要求的精神和范围不限于优选方案的描述。

Claims (18)

1.一种用于将外部设备连接至水下线缆上的位置处的连接系统，该连接系统包括：

第一轴环，其在指定位置处附接于水下线缆周围并且在其周边上具有座圈和升高凸部；

第二轴环，其在间隔开的位置处附接于水下线缆周围并且在其周边上具有座圈和升高凸部；

第一C形轴套，其可旋转地安装至第一轴环并且包括：用于跨乘在第一轴环的座圈上的内表面以及在第一C形轴套中由C的端部之间的纵向间隙形成的喉部，其中，所述纵向间隙在C的端部之间的宽度大于或等于第一轴环上的升高凸部的最大圆周尺寸；

第二C形轴套，其可旋转地安装至第二轴环并且包括：用于跨乘在第二轴环的座圈上的内表面以及在第二C形轴套中由C的端部之间的纵向间隙形成的喉部，其中，所述纵向间隙在C的端部之间的宽度大于或等于第二轴环上的升高凸部的最大圆周尺寸，

其中，第一轴环上的升高凸部和第二轴环上的升高凸部在水下线缆处于正常操作状态时圆周地偏移以脱离纵向对齐，

其中，每个所述升高凸部是三角形状的，并且

每个所述升高凸部上的后支承表面提供向前支承止动件，所述支承止动件形成弯曲三角形的基部并且另外两个弯曲侧面形成有助于将每个轴套引导到相应的轴环上的导向表面。

2.如权利要求1的连接系统，其中，每个C形轴套的内直径大于相应的座圈的外直径，但是小于相应的座圈的外直径加上相应的升高凸部的最大厚度。

3.如权利要求1的连接系统，其中，每个所述升高凸部是在推动相应的升高凸部的推力负荷大于预先确定的阈值之下屈服的牺牲元件。

4.如权利要求1的连接系统，其中，每个所述升高凸部可从解锁位置扩展至锁止位置，在所述解锁位置中相应的纵向间隙的宽度大于或等于相应的升高凸部的最大圆周尺寸，在所述锁止位置中相应的升高凸部扩展以跨过相应的纵向间隙的宽度。

5.如权利要求1的连接系统，其中，每个所述升高凸部是弹簧加载的按钮。

6.如权利要求1的连接系统，其中，每个所述升高凸部各包括两个可分开部分。

7.一种用于将外部设备连接至水下线缆的连接系统，该连接系统包括：

可附接于水下线缆周围的轴环，所述轴环包括在圆周支承座圈的前端处的在轴环的周边上的升高凸部；

C形轴套，其具有：用于跨乘在轴环的支承座圈上的圆柱形内表面以及在C形轴套中由C的端部之间的纵向间隙形成的喉部，其中，所述纵向间隙在C的端部之间的宽度足够宽以在C形轴套滑到轴环上和滑离轴环时越过升高凸部；并且

其中，当所述纵向间隙与升高凸部圆周地偏移时升高凸部防止C形轴套离开座圈，

其中，升高凸部是三角形状的，

并且所述升高凸部上的后支承表面提供向前支承止动件，所述支承止动件形成弯曲三角形的基部并且另外两个弯曲侧面形成有助于将C形轴套引导到轴环上的导向表面。

8.如权利要求7的连接系统，其中，所述升高凸部是在推动升高凸部的推力负荷大于预先确定的阈值之下屈服的牺牲元件。

9.如权利要求7的连接系统，其中，所述升高凸部可从解锁位置扩展至锁止位置，在所述解锁位置中纵向间隙的宽度大于或等于升高凸部的最大圆周尺寸，在所述锁止位置中升高凸部扩展以跨过纵向间隙的宽度。

10.如权利要求7的连接系统，其中，所述升高凸部是弹簧加载的按钮。

11.如权利要求7的连接系统，其中，所述升高凸部包括两个可分开部分。

12.一种用于将外部设备可旋转地连接至地震线缆的轴环，该轴环包括：

在轴环的周边周围圆周地延伸的座圈；

位于座圈的后端处的升高凸肩；以及

布置于座圈的相反前端处并且在周边周围部分地延伸的升高凸部，

其中，所述升高凸部是三角形状的，

并且所述升高凸部上的后支承表面提供向前支承止动件，所述支承止动件形成弯曲三角形的基部。

13.如权利要求12的轴环，其中，所述升高凸部是在推动凸部的推力负荷大于预先确定的阈值之下屈服的牺牲元件。

14.如权利要求12的连接系统，其中，所述升高凸部是弹簧加载的按钮。

15.如权利要求12的轴环，其中，所述升高凸部包括两个可分开部分。

16.一种用于将附接至一对轴套的外部设备附接至安装于水下线缆上的一对轴环的方法，每个轴环包括座圈和升高凸部，该方法包括：

将一对具有喉部的轴套紧固至外部设备；

使轴环相对彼此旋转以对齐两个轴环上的升高凸部；

使轴套通过喉部在线缆上方径向地滑动；

使轴套沿线缆纵向地滑动使得对齐的升高凸部穿过喉部，并且使轴套在轴环周围就位；以及

使轴环相对彼此旋转以偏移升高凸部，

其中，所述升高凸部是三角形状的，

并且所述升高凸部上的后支承表面提供向前支承止动件，所述支承止动件形成弯曲三角形的基部并且另外两个弯曲侧面形成有助于将轴套引导到轴环上的导向表面。

17.根据权利要求16的方法，其中，通过扭曲轴环之间的线缆使轴环相对彼此旋转。

18.根据权利要求16的方法，其中，通过使轴环的其中一个在线缆周围旋转来使轴环相对彼此旋转。