CN103935479B - 应用于超大型海洋浮式结构物模块间的柔性机械式连接器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于超大型海洋浮式结构物模块间的柔性机械式连接器及其使用方法，包括位于模块上的正极体和位于另一相对应模块上的负极体，所述正极体包括正极体外壳和位于正极体外壳内的正极中轴，正极中轴包括第一回转体、第二回转体和连接第一回转体和第二回转体的中轴杆，所述第二回转体远离中轴杆的一端与第一动力油缸连接，所述负极体包括负极载体、位于负极载体内的第二动力油缸和位于负极载体上的锁紧装置，通过启动第一动力油缸推动正极中轴进入负极体内，负极载体上的锁紧装置锁紧正极中轴。本发明提出一种应用于超大型海洋浮式结构物模块间的柔性机械式连接器，结构简单、操作方便，实现模块的快速连接与分离，可重复利用。

Description

应用于超大型海洋浮式结构物模块间的柔性机械式连接器

技术领域

本发明涉及应用于超大型海洋浮式结构物模块间的连接器，特别涉及一种应用于超大型海洋浮式结构物模块间的新型柔性机械式连接器，属于海洋工程技术领域。

背景技术

近年来，国际海洋工程界掀起了研究超大型海洋浮式结构物的热潮。所谓超大型浮式结构物，是指那些尺度以公里计的浮式结构物。超大型浮式结构物可用于海上补给、科考、能源基地以及海上城市等。超大型浮式结构物由于尺寸巨大，用途各异，而且从维护和使用角度出发，必然是模块化的。而模块的拼装又需要在海上进行，因此，怎样快速安全的完成海上拼装过程就成了超大型浮式结构物研究的一个重点。在模块拼装这一问题的研究上，各国也进行了长期的研究探索，其中日本的焊接拼装已成熟。然而焊接虽然有强度、可靠性和已积累的丰富经验等优势，但海上环境复杂，现场多变的工作条件和模块的不定运动都给焊接带来了很大的困难，焊接约束缺少灵活性，长时间的工作，模块间的相对运动都可能导致过大的内部约束力、变形和制造精度的下降，在结构物维修或遭遇极端恶劣海况情况下，连接器的断开也无法快速实现。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种应用于超大型海洋浮式结构物模块间的柔性机械式连接器，结构简单、操作方便，实现模块的快速连接，可重复利用。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种应用于超大型海洋浮式结构物模块间的柔性机械式连接器，包括位于模块上的正极体和位于另一相对应模块上的负极体，所述正极体包括正极体外壳和位于正极体外壳内的正极中轴，正极中轴包括第一回转体、第二回转体和连接第一回转体和第二回转体的中轴杆，所述第二回转体远离中轴杆的一端与第一动力油缸连接，所述负极体包括负极载体、位于负极载体内的第二动力油缸和位于负极载体上的锁紧装置，通过启动第一动力油缸推动正极中轴进入负极体内，负极载体上的锁紧装置锁紧正极中轴，当需要分离正极体和负极体时，启动第二动力油缸，打开锁紧装置，推动正极中轴离开负极体内，所述锁紧装置包括压力滑盖、转珠和第三动力油缸，所述负极载体上设有若干个锥台孔，转珠位于锥台孔内，负极载体外套有压力滑盖，压力滑盖通过钢索与第三动力油缸连接，所述钢索外套有强力弹簧，强力弹簧两端分别连接第三动力油缸和压力滑盖，压力滑盖上设有第一凹槽，压力滑盖通过密闭圆环安装在负极载体上，所述中轴杆上设有球形凹槽。

作为优选，所述第一回转体和第二回转体都为钢结构的空心椭球体，两个空心椭球体内都设有若干个加强筋。

作为优选，所述中轴杆为外套筒和内套筒构成的双层套筒体，所述双层套筒体之间设有若干个径向连接筋板，中轴杆两端分别通过锥台形过渡体与相对应的空心椭球体连接。

作为优选，所述负极载体圆周方向均匀分布八个锥台孔，每个锥台孔内设有转珠，中轴杆圆周方向设有均匀分布的8个球形凹槽。

作为优选，所述压力滑盖与密闭圆环之间设有钢圈。

作为优选，所述第一动力油缸和第二回转体之间设有第一位移传感器，第二动力油缸与第二位移传感器连接，第一位移传感器和第二位移传感器都与控制器连接。

一种基于上述的应用于超大型海洋浮式结构物模块间的柔性机械式连接器的使用方法，包括以下步骤：

1)将正极体和负极体分别安装在被连接的两个海洋浮式结构物模块的上体横向对应两端内，每一端交错安装正极体及负极体各两个；先调整安装在上体的各种辅助定位装置完成垂向定位，再开动海洋浮式结构物模块下体的横向推进器将两个海洋浮式结构物模块的横向位置调节至一定范围后，完成两个海洋浮式结构物模块对接前的定位；

2)正极体的第一动力油缸进油，其柱塞外移直至抵靠在第二空心椭球体上推动正极中轴外移，随着正极中轴的外移，第一空心椭球体逐渐远离第一连接传感器，当第一连接传感器检测到第一空心椭球体达到某个位值后发讯给控制器，控制器发讯给负极体的第三动力油缸，第三动力油缸开始拉动压力滑盖，使得转珠进入压力滑盖的第一凹槽内，当转珠压入正极中轴上的凹槽中，此时第一空心椭球体距离第二连接传感器位移达到设定值，第二连接传感器发讯给控制器，控制器发讯给第一连接传感器，第一动力油缸停止进油。负极体的第三动力油缸停止进油，强力弹簧开始工作促使压力滑盖向前滑移，限制转珠，卡住正极中轴，完成两个海洋浮式结构物模块的对接。

3)两个模块脱开的过程与前述过程相反，此时，第三动力油缸拉动压力滑盖，使得压力滑盖的第一凹槽与转珠对齐，增加转珠的活动空间，第二动力油缸开始推动第一空心椭球体移动，直至正极中轴回复到原来的位置，控制器控制第二动力油缸停止工作，强力弹簧使压力滑盖回复原来位置，压住转珠，解除两个海洋浮式结构物模块的连接。

有益效果：本发明的应用于超大型海洋浮式结构物模块间的新型柔性机械式连接器及其使用方法，具有安全，便利，节能，环保的优点；使用本发明的超大型海洋浮式结构物是由各个独立的模块彼此连接而成，当一个模块失效时，只限于这一个模块，而焊接拼装的模块间的连接的焊缝失效时，其裂缝会延伸影响其他模块；本发明的连接器便于模块间的连接、拆卸和再次连接，连接器结构简单便于维修，节约了建造施工的成本；本发明的连接器采用液压油缸推动正极轴的平稳外移或缩回来实现两个模块之间的连接或拆除，可靠性高。

附图说明

图1为两超大型海洋浮式结构物连接的示意图；

图2为两超大型海洋浮式结构物处于连接状态时模块之间连接示意图；

图3为两超大型海洋浮式结构物处于未连接状态时本发明的结构示意图；

图4为两超大型海洋浮式结构物处于连接状态时本发明的结构示意图；

图5为压力滑盖未限制转珠活动空间时示意图；

图6为压力滑盖限制转珠活动空间时示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图6所示，本发明的应用于超大型海洋浮式结构物模块间的柔性机械式连接器，包括位于模块上的正极体41和位于另一模块上的负极体42，正极体41包括正极体外壳411和位于正极体外壳411内的正极中轴412，正极中轴412包括第一回转体、第二回转体和连接第一回转体和第二回转体的中轴杆412-1，第二回转体远离中轴杆412-1的一端与第一动力油缸5连接，负极体42包括负极载体422、位于负极载体422内的第二动力油缸9和位于负极载体422上的锁紧装置，通过启动第一动力油缸5推动正极中轴412进入负极体42内，负极载体422上的锁紧装置锁紧正极中轴412，当需要分离正极体41和负极体42时，启动第二动力油缸9，打开锁紧装置，推动正极中轴412离开负极体42内。

在本发明中，第一回转体和第二回转体都为钢结构的空心椭球体，两个空心椭球体内都设有若干个加强筋412-4；中轴杆412-1为外套筒412-1a和内套筒412-1b构成的双层套筒体，双层套筒体之间设有若干个径向连接筋板412-1c，中轴杆412-1两端分别通过锥台形过渡体412-d与相对应的空心椭球体连接；

在本发明中，锁紧装置包括压力滑盖427、转珠425和第三动力油缸6，负极载体422上设有若干个锥台孔424，转珠425位于锥台孔424内，负极载体422外套有压力滑盖427，压力滑盖427通过钢索429与第三动力油缸6连接，压力滑盖427上设有第一凹槽，压力滑盖427通过密闭圆环423安装在负极载体422上，中轴杆412-1上设有球形凹槽414；钢索429外套有强力弹簧428，强力弹簧428两端分别连接第三动力油缸6和压力滑盖427；负极载体422圆周方向均匀分布八个锥台孔424，每个锥台孔424内设有转珠425，中轴杆412-1圆周方向设有均匀分布的8个球形凹槽414；压力滑盖427与密闭圆环423之间设有钢圈426；第一动力油缸5和第二回转体之间设有第一位移传感器7，第二动力油缸9与第二位移传感器8连接，第一位移传感器7和第二位移传感器8都与控制器连接。

如图1所示，超大型海洋浮式结构物实施例由两个相同模块采用本发明首尾相连组成，每个模块由上体1，沿中线对称布置的多根立柱2和沿中线对称布置的下体3组成，本实施例的上体1尺寸为300m*125m*17.5m，立柱2尺寸为27.5m*φ25m，下体3尺寸为270m*35m*12.5m，八个模块采用本发明的连接器4进行连接，上体1上安装各种辅助定位装置用于完成垂向定位，下体3上设有横向推进器。

如图2、图3、图4所示，本发明包括多组成对设置的正极体41和负极体42，正极体41和负极体42分别嵌装在被连接的两个海洋浮式结构物上体1的对接端内；在上体1的横向端面的两端各设置了一套本发明的连接体。正极体41包括正极体外壳411和正极中轴412，正极体外壳411设有正极轴向中心通孔413，正极中轴412嵌装在正极轴向中心通孔413中，正极中轴412上所设置的球形凹槽414为位移限制槽。正极中轴412包括两端的第一回转体、第二回转体以及连接第一回转体和第二回转体的中轴杆412-1。

本发明的第一回转体和第二回转体分别为钢结构的第一空心椭球体412-2和第二空心椭球体412-3，第一空心椭球体412-2长轴或第二空心椭球体412-3长轴垂直于正极中轴412轴线，第一空心椭球体412-2和第二空心椭球体412-3内均设有加强筋412-4，以提高空心椭球体的强度。

第一动力油缸5设置在远离在正极体对接端的第二空心椭球体412-3后侧，中轴杆412-1由外套筒412-1a和内套筒412-1b构成双层套筒体，双层套筒体之间设有数块径向连接筋板412-1c，中轴杆412-1两端分别通过锥台形成过渡体412-d与相对应的空心椭球体连接。

负极体42设有负极轴向中心通孔421，中心通孔421的外围是通孔筒422，通孔筒422靠近正极端设置负极密闭圆环423，负极密闭圆环423与负极通孔筒422之间采用螺纹连接，通孔筒422上开八个转珠锥台孔424，锥台孔424中安置实心转珠425。

钢圈426设置在负极密闭圆环423和压力滑盖427之间，用于限制压力滑盖427的横向位移，在压力滑盖427之后设置强力弹簧428，保证压力滑盖427不会后滑，以致压力滑盖427紧压转珠425，从而保证转珠425紧压正极中轴球形凹槽414，使正极中轴412横向位移被限制，保证正负极连接良好。负极结构中的第三动力油缸6位于强力弹簧428之后，与压力滑盖427之间使用钢索429连接，用于压力滑盖427的横向位移的控制，从而增加转珠425的位移空间，第二动力油缸9位于负极中心通孔421左端，用于顶推正极中轴412，帮助实现正负极分离。

第一连接传感器7设置在第一动力油缸5前方，第二连接传感器8设置在负极通孔421末端，第一传感器7与第二传感器8均为位移传感器。第一连接传感器7用于检测和控制正极中轴412移动的位置，第二连接传感器8用于检测和控制第一空心椭球体412-2进入负极中心通孔421的位置，两者均起到控制正极中轴412的移动距离，起到双保险的作用。

本发明的作用过程，包括以下步骤：

(1)将正极体41和负极体42分别安装在被连接的两个海洋浮式结构物模块的上体1横向对应两端内，每一端交错安装正极体41及负极体42各两个；先调整安装在上体1的各种辅助定位装置完成垂向定位，再开动海洋浮式结构物模块下体3的横向推进器将两个海洋浮式结构物模块的横向位置调节至一定范围后，完成两个海洋浮式结构物模块对接前的定位；

(2)正极体41的第一动力油缸5进油，其柱塞外移直至抵靠在第二空心椭球体412-3上推动正极中轴412外移，随着正极中轴412的外移，第一空心椭球体412-2逐渐远离第一连接传感器7，当第一连接传感器7检测到第一空心椭球体412-2达到某个位值后发讯给控制器，控制器发讯给负极体42的第三动力油缸6，第三动力油缸6开始拉动压力滑盖427，使得转珠425进入压力滑盖427的第一凹槽内，当转珠425压入正极中轴412上的凹槽414中，此时第-空心椭球体412-2距离第二连接传感器8位移达到设定值，第二连接传感器8发讯给控制器，控制器发讯给第一连接传感器7，第一动力油缸5停止进油。负极体42的第三动力油缸6停止进油，强力弹簧428开始工作促使压力滑盖427向前滑移，限制转珠425，卡住正极中轴412，完成两个海洋浮式结构物模块的对接。

两个模块脱开的过程与前述过程相反，此时，第三动力油缸6拉动压力滑盖427，使得压力滑盖427的第一凹槽与转珠对齐，增加转珠425的活动空间，第二动力油缸9开始推动第一空心椭球体412-2移动，直至正极中轴412回复到原来的位置，控制器控制第二动力油缸9停止工作，强力弹簧428使压力滑盖回复原来位置，压住转珠425，解除两个海洋浮式结构物模块的连接。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种应用于超大型海洋浮式结构物模块间的柔性机械式连接器，其特征在于：包括位于模块上的正极体(41)和位于另一相对应模块上的负极体(42)，所述正极体(41)包括正极体外壳(411)和位于正极体外壳(411)内的正极中轴(412)，正极中轴(412)包括第一回转体、第二回转体和连接第一回转体和第二回转体的中轴杆(412-1)，所述第二回转体远离中轴杆(412-1)的一端与第一动力油缸(5)连接，所述负极体(42)包括负极载体(422)、位于负极载体(422)内的第二动力油缸(9)和位于负极载体(422)上的锁紧装置，通过启动第一动力油缸(5)推动正极中轴(412)进入负极体(42)内，负极载体(422)上的锁紧装置锁紧正极中轴(412)，当需要分离正极体(41)和负极体(42)时，启动第二动力油缸(9)，打开锁紧装置，推动正极中轴(412)离开负极体(42)内，所述锁紧装置包括压力滑盖(427)、转珠(425)和第三动力油缸(6)，所述负极载体(422)上设有若干个锥台孔(424)，转珠(425)位于锥台孔(424)内，负极载体(422)外套有压力滑盖(427)，压力滑盖(427)通过钢索(429)与第三动力油缸(6)连接，所述钢索(429)外套有强力弹簧(428)，强力弹簧(428)两端分别连接第三动力油缸(6)和压力滑盖(427)，压力滑盖(427)上设有第一凹槽，压力滑盖(427)通过密闭圆环(423)安装在负极载体(422)上，所述中轴杆(412-1)上设有球形凹槽(414)。

2.根据权利要求1所述的应用于超大型海洋浮式结构物模块间的柔性机械式连接器，其特征在于：所述第一回转体和第二回转体都为钢结构的空心椭球体，两个空心椭球体内都设有若干个加强筋(412-4)。

3.根据权利要求2所述的应用于超大型海洋浮式结构物模块间的柔性机械式连接器，其特征在于：所述中轴杆(412-1)为外套筒(412-1a)和内套筒(412-1b)构成的双层套筒体，所述双层套筒体之间设有若干个径向连接筋板(412-1c)，中轴杆(412-1)两端分别通过锥台形过渡体(412-d)与相对应的空心椭球体连接。

4.根据权利要求3所述的应用于超大型海洋浮式结构物模块间的柔性机械式连接器，其特征在于：所述负极载体(422)圆周方向均匀分布八个锥台孔(424)，每个锥台孔(424)内设有转珠(425)，中轴杆(412-1)圆周方向设有均匀分布的8个球形凹槽(414)。

5.根据权利要求4所述的应用于超大型海洋浮式结构物模块间的柔性机械式连接器，其特征在于：所述压力滑盖(427)与密闭圆环(423)之间设有钢圈(426)。

6.根据权利要求1至5任一项所述的应用于超大型海洋浮式结构物模块间的柔性机械式连接器，其特征在于：所述第一动力油缸(5)和第二回转体之间设有第一位移传感器(7)，第二动力油缸(9)与第二位移传感器(8)连接，第一位移传感器(7)和第二位移传感器(8)都与控制器连接。

7.一种基于权利要求1至6任一项所述的应用于超大型海洋浮式结构物模块间的柔性机械式连接器的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将正极体(41)和负极体(42)分别安装在被连接的两个海洋浮式结构物模块的上体(1)横向对应两端内，每一端交错安装正极体(41)及负极体(42)各两个；先调整安装在上体(1)的各种辅助定位装置完成垂向定位，再开动海洋浮式结构物模块下体(3)的横向推进器将两个海洋浮式结构物模块的横向位置调节至一定范围后，完成两个海洋浮式结构物模块对接前的定位；

2)正极体(41)的第一动力油缸(5)进油，其柱塞外移直至抵靠在第二空心椭球体(412-3)上推动正极中轴(412)外移，随着正极中轴(412)的外移，第一空心椭球体(412-2)逐渐远离第一连接传感器(7)，当第一连接传感器(7)检测到第一空心椭球体(412-2)达到某个位值后发讯给控制器，控制器发讯给负极体(42)的第三动力油缸(6)，第三动力油缸(6)开始拉动压力滑盖(427)，使得转珠(425)进入压力滑盖(427)的第一凹槽内，当转珠(425)压入正极中轴(412)上的凹槽(414)中，此时第一空心椭球体(412-2)距离第二连接传感器(8)位移达到设定值，第二连接传感器(8)发讯给控制器，控制器发讯给第一连接传感器(7)，第一动力油缸(5)停止进油，负极体(42)的第三动力油缸(6)停止进油，强力弹簧(428)开始工作促使压力滑盖(427)向前滑移，限制转珠(425)，卡住正极中轴(412)，完成两个海洋浮式结构物模块的对接；

3)两个模块脱开的过程与前述过程相反，此时，第三动力油缸(6)拉动压力滑盖(427)，使得压力滑盖(427)的第一凹槽与转珠(425)对齐，增加转珠(425)的活动空间，第二动力油缸(9)开始推动第一空心椭球体(412-2)移动，直至正极中轴(412)回复到原来的位置，控制器控制第二动力油缸(9)停止工作，强力弹簧(428)使压力滑盖(427)回复原来位置，压住转珠(425)，解除两个海洋浮式结构物模块的连接。