CN104540998A - 纵向约束 - Google Patents

Abstract

一种用于纵向约束本文中所公开的可动结构的系统和方法包括但不限于提供附连到第一结构的齿条和附连到第二结构的楔子，其中，齿条和楔子构造成彼此接合。通过接合，可利用可延伸的螺旋千斤顶将楔子锁定就位，由此在纵向上约束可动结构。

Description

纵向约束

相关申请的交叉引用

本申请要求在2012年6月27日提交的美国临时申请61/665,210的优先权。

技术领域和背景技术

本发明涉及一种用于可动结构的锁定系统。较大的结构(诸如在离岸平台上的钻探设施)作为对于钻探操作必需的被周期性地再定位。典型的再定位方法是使设施在滑动梁或舷边压板上滑动。一旦定位，这些设施必须针对由诸如地震事件或疾风载荷这些事情引起的外部载荷被稳定且紧固。存在快速且可靠地将结构锁定就位的需要。

发明内容

本公开的目的涉及一种用于锁定可动结构的系统和方法。根据本公开的一个方面，提供有一种纵向约束系统，其包括附连到第一结构的齿条(rack)、联接到第二结构的楔子(chock)、构造成相对于齿条移动楔子的促动装置以及联接到第二结构的螺旋千斤顶(jack screw)，其中，螺旋千斤顶的一部分构造成接合楔子的一部分。在示例性实施例中，齿条包括多个齿而楔子包括多个匹配的齿，使得齿条和楔子可接合，由此导致沿着齿条的纵向的高摩擦。

在示例性实施例中，齿条通过焊接、螺栓连接或本领域技术人员已知的其它手段固定至船只的甲板。齿条可具有按照滑动梁的纵向的纵向。例如，对于平台钻探领域的技术人员将已知的是，诸如近海钻井设备的可动结构可在船尾至船头方向上、而且在左舷至右舷方向上被移动。齿条可据此来放置。在示例性实施例中，齿条遵循根据滑动梁沿着船只表面的放置的方向和位置。根据本公开的一个实施例，齿条还可被放置在滑动梁本身的侧面或底架上。

在一个实施例中，纵向约束系统在高地震活动性的区域(陆地和海洋两者)中采用。在本公开的又一实施例中，约束系统可被使用在疾风区域中。

在一个实施例中，纵向约束系统包括独立的底盘，其中，纵向约束系统的构件被加罩。底盘可围绕滑动引导件来建造或者是滑动引导件的一部分，滑动引导件设计成沿着滑动梁或舷边压板滑动。本领域技术人员将底盘的益处视为允许整个纵向约束系统与可动结构分离或再连接。因此，设计用于较高或较低载荷的纵向约束可根据需要被换出。

根据本公开的一个实施例，纵向约束系统包括螺旋千斤顶。螺旋千斤顶可以是液压的、但是优选地是机械的。螺旋千斤顶联接到可动结构上，使得螺旋千斤顶的一部分可被延伸以接合楔子，由此将楔子置入齿条中且在纵向上锁定楔子。螺旋千斤顶可根据要求在楔子的任一侧上被提供以防止在纵向上的运动并且可被限制转矩以防止对螺旋机构或楔子的损害。在一个实施例中，螺旋千斤顶还可帮助在纵向上移动可动结构。

根据本公开的一个实施例，提供至少一个竖直的螺旋千斤顶。竖直的螺旋千斤顶可以是液压的、但是优选地是机械的。竖直的螺旋千斤顶可被延伸以在竖直方向上接合楔子来帮助促动缸维持在齿条与楔子之间的接合。竖直的螺旋千斤顶还提供防止在外部事件(像风载荷、波浪活动或地震活动)期间楔子与齿条脱离接合的附加手段。在一个实施例中，垂直的千斤顶还可帮助在竖直方向上移动可动结构。

在一个实施例中，提供本公开的元件的远程促动。例如，由促动装置和螺旋千斤顶以及竖直的螺旋千斤顶构成的组中的至少一个是远程促动的。

在一个实施例中，齿条包括高摩擦表面，且楔子包括高摩擦表面，其中，楔子高摩擦表面构造成接合齿条高摩擦表面。最佳地，高摩擦表面包括齿。

根据本公开，可经由滑动引导件使可动结构沿着滑动梁或舷边压板滑动。整个可动结构可被联接到仅仅一个纵向约束系统，或者可采用许多纵向约束系统。当可动结构就位时，促动缸操纵楔子以接合对应的齿条。在一个实施例中，促动缸可围绕枢转点枢转以将楔子与齿条对准。可提供多个促动缸。螺旋千斤顶可帮助楔子的放置以及楔子与齿条的接合。通过接合，水平螺旋千斤顶可从楔子的任一侧延伸以将楔子纵向锁定就位。竖直的螺旋千斤顶可在竖直方向上延伸以在竖直方向上将楔子锁定到齿条。也可使螺旋千斤顶围绕枢转点俯仰或偏航以便帮助锁定楔子。可动结构因此被约束。

当是时候移动可动结构时，螺旋千斤顶可被倒退以使螺旋件与楔子脱离接合。促动缸然后可使楔子与齿条脱离接合，允许可动结构沿着滑动梁在纵向上滑动。

在一个实施例中，一种用于纵向约束可动结构的方法包括将齿条附连到第一结构、将楔子附连到第二结构，其中，楔子的面构造成接合齿条的面。楔子然后沿着齿条的面被定位成使得齿条的齿与楔子的齿对准，且楔子和齿条接合。附连到第二结构的锁定机构可用于限制楔子以免沿着齿条的纵向轴线移动。优选地，锁定机构是螺旋千斤顶。然而，本领域技术人员将了解可使用其它类型的锁定机构。最佳地，这样的锁定机构将不依赖于电功率或液压压力来保持接合。

前述已相当宽泛地概述了本发明的特征和技术优势，以便接下来可更好地理解本发明的详细说明。本发明的附加的特征和优势将在下文中来说明，其形成本发明的权利要求的主题。本领域技术人员应理解，公开的概念和具体实施例可容易地被用作用于修改或设计用于执行本发明的相同目的的其它结构的基础。本领域技术人员还应意识到，这样的等价结构不偏离于如在所附权利要求中所阐述的本发明的精神和范围。当结合附图来考虑时，从接下来的说明中将更好地理解被认为是本发明的特性的本发明的新颖特征(关于其组织和操作方法两者)连同另外的目的和优势。然而应明确地理解，每一个附图都仅为了说明和描述目的被提供且不意图作为本发明的范围的限定。

附图说明

为了更完整地理解本发明，现在结合附图参考以下说明，在附图中：

图1(a)是本公开的锁定系统的实施例的侧视图；

图1(b)是本公开的锁定系统的齿条部分的实施例的分解视图；

图2是本公开的锁定系统的实施例的顶视图；

图3是本公开的锁定系统的实施例的端视图；以及

图4是本公开的锁定系统的实施例的侧视图。

应理解的是附图不一定要按比例且所公开的实施例有时概略地以及以局部视图示出。在特定情形中，可能已省略对于理解所公开的方法和装置不必需的或者使其它细节难以认识到的细节。当然，应理解的是本公开不限于本文中示出的特定实施例。

具体实施方式

本公开的锁定系统允许可动结构暂时地被约束至固定结构上的期望位置。在一个实施例中，固定结构是诸如离岸平台的船只的甲板、任何建造结构的地板、或在固定位置中的任何平的表面，而期望位置是沿着甲板、地板或平的表面的水平位置。备选地，固定结构是壁，而期望位置是在该壁上在地板或地面上方一些距离的竖直位置。在优选实施例中，本公开的锁定系统提供在可动结构在船上在前后或左右方向上的运动的纵向中的锁定。

参考图1(a)、1(b)和2，齿条102示出沿着其长度附连到固定结构126。附连可通过焊接、螺栓连接或本领域技术人员已知的其它手段来完成。参考图1(b)，齿条102包括主体103，其限定延伸通过这里的纵向轴线。主体103示出有延伸远离固定结构126的一系列齿104。在齿条102紧固在船只的地板或甲板上的优选的实施例中，齿104向上面对固定结构。在备选实施例中，齿条102可紧固在任意可用的表面上。例如，齿条102可被定位在竖直的壁或水平表面的底部上，诸如天花板或滑动梁的下侧。本领域技术人员将理解如何使约束系统100的元件围绕纵向轴线旋转以维持本发明的完整。多个齿条可在给定的纵向上、例如沿着滑动梁存在。

图1(a)中示出的锁定系统还包括楔子节段106。楔子节段106联接到可动结构108。在图1(a)的实施例中，可动结构108相对于固定结构126可动。在一个实施例中，楔子节段106至少通过促动缸110联接到可动结构108。当可动结构108定位在特定位置且期望可动结构108暂时被固定或锁定在该位置时，本公开的锁定系统的特定实施例可被用于允许可动结构108的暂时固定。虽然对于本公开的锁定系统的实施例存在许多应用，由于船只的地板或甲板的不断移动的特性或者由于诸如风载荷或地震活动的外力，其对于将物件紧固在船只上尤其有用。

楔子节段106包括齿107，其成形成接合齿条102的齿104。当楔子节段106靠近齿条102闭合时，齿107接合齿104以相对于固定结构126将楔子节段106锁定就位。在备选方案中，楔子节段106可靠至齿条102的侧面或下面，诸如上面齿条102被紧固到竖直表面或水平表面那里。

在优选实施例中，促动缸110将楔子节段106移动到与齿条104接合。促动缸110可枢转地被附连到可动结构108和楔子106。在可动结构108相对于楔子106移动的实施例中，促动缸110在枢转点130处枢转。促动缸110构造成当促动缸110枢转时维持足以确保楔子106保持接合到齿条102的压力。虽然示出一个促动缸110，应理解的是可使用多个促动缸。而且，促动缸110示出与齿条102垂直对准。然而，本领域技术人员理解当可动结构移动时在促动缸110与齿条102之间的角度改变。在多个促动缸的情况中，促动缸的角度可被偏移成使得一个缸总是与齿条102垂直对准。

楔子节段106布置在锁定机构之间。锁定机构构造成在纵向上接合楔子106使得由外部事件施加在可动结构108上的力通过楔子106转移到齿条102中。锁定机构可以是液压的、但是优选地是机械的。其可电子地或手动地接合。

在图1(a)中示出的示例性实施例中，锁定机构包括两个螺旋千斤顶112，其构造成在平行于齿条102的纵向的方向上移动或促动，该方向通常垂直于促动缸110的运动方向。促动缸110和螺旋千斤顶112优选地被电气或液压地促动。螺旋千斤顶112优选地联接到反应板114，但是可被固定到联接至结构108的任何刚性构件。在楔子106就位且与齿条102的齿互锁之后，驱动器或螺旋千斤顶112可被促动以延伸螺旋千斤顶112的主体直到驱动器或螺旋千斤顶112接合楔子节段106。一旦螺旋千斤顶112与楔子节段106接合，在纵向上沿着齿条102的主体作用的载荷可在反应板114被转移。以该方式，螺旋千斤顶112可被用于紧固或移动可动结构108。当紧固可动结构时，螺旋千斤顶在楔子106的两侧上被延伸以接合楔子106。当移动可动结构108时，螺旋千斤顶在楔子106的一侧上被延伸以推动可动结构108。

在优选实施例中，齿条102和楔子节段106的俯仰角使得在运动的纵向上(沿着齿条102的主体)的力不足以克服摩擦。因此，当在纵向上施加载荷时，沿着在齿条102与楔子106之间的接合经由竖直力的摩擦防止在约束系统中构件的纵向滑移。以该方式，楔子节段106连同被联接至其的可动结构108在纵向上通过其与静止齿条102的接合被锁定在期望位置中，静止齿条102甚至当在纵向上施加载荷时附连到固定结构126。当施加载荷时，螺旋千斤顶112变成锁定螺旋件。

对于在图1(a)、1(b)和4中所示的齿设计，齿条齿104匹配楔子齿107。本领域技术人员将理解可用各种齿条和楔子设计。例如，任一组齿的顶面可以是平的或渐开线的，底面也可如此。在齿条或楔子(或两者)上的齿可具有边缘倒圆(edge round)。齿的弦齿厚不需要在齿条和楔子之间匹配。齿的俯仰角可以是变化的度数，根据优选的接合容易(ease)。在一个实施例中设想锯齿设计。在另一实施例中，齿条102和楔子106不具有齿，而是如由本领域技术人员良好已知的那样依赖于高摩擦表面。

在图2中示出的实施例中，促动缸110构造成对垂直于纵向的任何附加载荷(其例如可由竖直的船只运动发生)起反应。换言之，促动缸110可构造成不管竖直载荷维持在楔子106与齿条102之间的接合。在本公开中，术语“竖直”可意味着垂直于水平地板或地面的方向，以及法向于齿条102的面的方向。应理解的是促动缸110和螺旋千斤顶112构造成提供适当的力以在锁定位置中支承楔子106和可动结构108。

在一个实施例中，螺旋千斤顶112还联接到可动结构108以使在楔子节段106与可动结构108之间的载荷转移散开，以当楔子106接合齿条102时提供更可靠的锁定。螺旋千斤顶112可被焊接或螺栓连接到可动结构108或通过本领域技术人员已知的其它合适手段来联接。例如，螺旋千斤顶112可被安装在反应板114上。

在图4中示出的实施例中，在竖直方向上提供附加的螺旋千斤顶。这些竖直的螺旋千斤顶111可直接(未示出)或经由纵向约束底盘117被联接到可动结构108。底盘117可包括滑动引导件116和反应板114。应理解的是底盘117允许纵向约束100被从可动结构108解除或再连接到可动结构108，而不必移除纵向约束100的任何构件。在楔子节段106就位且与齿条102的齿互锁之后，竖直的螺旋千斤顶111被促动以延伸竖直的螺旋千斤顶111的主体直到竖直的螺旋千斤顶111接合楔子节段106。竖直的螺旋千斤顶111帮助促动缸110对垂直于纵向的任何附加载荷(其例如可由竖直船只运动发生)起反应。在附加于或者代替纵向载荷施加竖直载荷的情形中，竖直的螺旋千斤顶111可构造成机械地帮助维持楔子106接合且锁定至齿条102。另外，竖直的螺旋千斤顶111可被用于相对于固定结构126提升可动结构108或约束系统100。

在一个实施例中，螺旋千斤顶112在纵向上在楔子106上施加足够的力以沿着滑动梁118有效地滑移可动结构108。这允许约束系统在不接合主千斤顶滑动系统的情况下有助于在可动结构108的位置中的微调。

在另一实施例中，本公开的锁定系统的特定元件被远程地和/或自动地操作。在优选实施例中，促动缸110、螺旋千斤顶112和竖直的螺旋千斤顶111的运动和促动被远程控制，从而可远程锁定或解锁本公开的锁定系统。本公开的锁定系统特别可适用于保持大型结构(诸如在陆地或海洋上在船上应用于油气工业中的移动钻机)的足部(footing)。在其它方面，本公开的实施例可被用于紧固在经受变化加载的环境中的较小物件。

在一个示例性实施例中，参考图3，可动结构108是联接到滑动引导件116和竖直的滑动引导件122的结构的足部。滑动引导件116和竖直的滑动引导件122沿着滑动梁118滑移。竖直的滑动引导件122的上半部还用作对约束系统100附连到可动结构108的竖直约束。在可动结构108被紧固到船只(未示出)的甲板126的地方，联接到约束系统100的可动结构108由滑动引导件116和竖直的滑动引导件122引导沿着滑动梁或舷边压板118滑动到期望位置。齿条102在期望位置中附连到船只。当达到期望位置时，楔子106接合至齿条102，因此在纵向上固定结构108。

在一个实施例中，提供侧向约束120，其包括固定的楔形件121、行进的楔形件123以及侧向约束促动缸124。参考图2，固定的楔形件121牢固地联接到可动结构108，优选地安装到纵向约束的滑动引导件116或竖直的滑动引导件122或底盘117上。行进的楔形件123联接到侧向约束促动缸124且存在于在固定的楔形件121与滑动梁118的侧向边缘之间的空间中。在侧向约束促动缸124收回时，行进的楔形件123夹在固定的楔形件121与滑动梁118的侧向边缘之间，由此与所述边缘接触。可动结构108因此在侧向上、垂直于滑动梁的纵向轴线被约束。当可动结构108待再定位时，侧向约束促动缸124延伸，使行进的楔形件123移动远离滑动梁118的侧向边缘。本领域技术人员将认识到可根据要求来添加附加的侧向约束120以在侧向上约束可动结构108。

联接到可动结构108的是促动缸110与螺旋千斤顶112。在解锁构造中，促动缸110将楔子节段106保持在齿条102上方。缸110可被远程促动以使楔子节段106降低直到其接合齿条102。在优选实施例中，楔子106构造成靠近一个螺旋千斤顶112来放置。如果楔子节段106降低成使得其齿107与齿条102的齿104适当地对准，当靠近楔子节段106的螺旋千斤顶112被促动但是不能被移动超过规定的最大力时系统可感觉这。螺旋千斤顶112转矩受限制。如果楔子节段106降低而其齿不适当地对准，当最靠近楔子106的螺旋千斤顶112被促动时其规定的力足以将楔子106推到适当的对准。在确定楔子106与齿条102适当对准之后，另一螺旋千斤顶112可被优选地远程促动，直到其接合楔子106。在一个实施例中，竖直的反作用螺旋件111然后被接合以机械地抵抗在楔子106上的竖直载荷。竖直的反作用螺旋件111也可转矩受限。本公开的锁定系统现在是在可动结构108紧固到船只的锁定构造。

为了解锁，每个螺旋千斤顶112可被促动以从楔子106相继或同时撤回。竖直的螺旋千斤顶111被促动以在竖直方向上从楔子106撤回。缸110然后可提升楔子106以使其与齿条102脱开接合。如果可动结构108具有四个足部，将存在四个对应可动结构108附连点、四个楔子节段106以及四个齿条102，其放置在船只上的适当位置用于如所述将可动结构108锁定到船只。在一个实施例中，缸110、螺旋千斤顶112与竖直的螺旋千斤顶111可被编程以在锁定和解锁过程期间远程地且自动地操作，而无手动控制或用户输入。

如所述，本公开的特定实施例允许在可抵抗在水平的(左右)和竖直的(上下)方向上的载荷的位置中暂时锁定或大或小的物体。本公开的锁定系统的实施例特别可适用于在船只(其经常经历在各方向上的载荷(例如，波浪、风、地震等))上紧固各尺寸的结构。而且，本公开的特定实施例允许方便远程操作锁定或解锁系统。

虽然已详细说明了本公开的锁定系统的实施例及其优势，应理解的是可在本文中做出各种改变、替换以及变型而不偏离如由所附权利要求所限定的本公开的精神和范围。而且，本申请的范围不意图限制于在说明书中所说明的过程、机器、制造、物质构成、器件、方法以及步骤的特定实施例。如本领域技术人员将从本公开容易地理解的那样，根据本公开可来使用目前存在的或者以后将被开发的与本文中所说明的对应实施例大致执行相同功能或大致实现相同结果的过程、机器、制造、物质构成、器件、方法或步骤。因此，所附权利要求意图在其范围内包括这样的过程、机器、制造、物质构成、器件、方法或步骤。

Claims (30)

1. 一种纵向约束系统，其包括：

附连到第一结构的齿条；

联接到第二结构的楔子；

促动装置，其构造成相对于所述齿条移动所述楔子；以及

联接到所述第二结构的锁定机构，

其中，所述锁定机构的主体构造成接合所述楔子的一部分。

2. 根据权利要求1所述的纵向约束系统，其中，所述锁定机构包括至少一个螺旋千斤顶。

3. 根据权利要求1所述的纵向约束系统，其中，

所述齿条包括高摩擦表面；并且

所述楔子包括高摩擦表面；其中，楔子高摩擦表面构造成接合齿条高摩擦表面。

4. 根据权利要求3所述的纵向约束系统，其中，所述高摩擦表面是齿。

5. 根据权利要求1所述的纵向约束系统，其中，所述促动装置是液压缸。

6. 根据权利要求1所述的纵向约束系统，其中，所述促动装置围绕枢转点枢转。

7. 根据权利要求1所述的纵向约束系统，其还包括竖直的螺旋千斤顶。

8. 根据权利要求1所述的纵向约束系统，其中，由所述促动装置和所述锁定机构构成的组中的至少一个被远程促动。

9. 根据权利要求7所述的纵向约束系统，其中，由所述促动装置、所述锁定机构以及竖直的所述螺旋千斤顶构成的组中的至少一个包括转矩限制器。

10. 根据权利要求1所述的纵向约束系统，其中，至少一个螺旋千斤顶构造成相对于所述第一结构移动所述第二结构。

11. 根据权利要求1所述的纵向约束系统，其中，所述第二结构构造成在滑动梁上滑移。

12. 根据权利要求1所述的纵向约束系统，其中，所述齿条在滑动梁上附连到所述第一结构。

13. 根据权利要求1所述的纵向约束系统，其还包括侧向约束。

14. 根据权利要求13所述的纵向约束系统，其中，所述侧向约束包括：

固定的楔形件；

行进的楔形件；以及

侧向约束促动缸。

15. 一种纵向约束系统，其包括：

附连到第一结构的齿条；

附连到第二结构的底盘；

联接到所述底盘的楔子；

促动装置，其构造成相对于所述齿条移动所述楔子；以及

联接到所述底盘的螺旋千斤顶，其中，所述螺旋千斤顶的主体构造成接合所述楔子的一部分。

16. 根据权利要求15所述的纵向约束系统，其中，所述底盘还包括滑动引导件和反应板。

17. 根据权利要求15所述的纵向约束系统，其还包括附连到所述底盘的竖直的滑动引导件。

18. 根据权利要求15所述的纵向约束系统，其还包括联接到所述底盘的至少一个竖直的螺旋千斤顶。

19. 根据权利要求15所述的纵向约束系统，其中，至少一个螺旋千斤顶构造成相对于所述第一结构移动所述第二结构。

20. 根据权利要求15所述的纵向约束系统，其中，所述齿条包括高摩擦表面；并且所述楔子包括高摩擦表面；其中，楔子高摩擦表面构造成接合齿条高摩擦表面。

21. 根据权利要求20所述的纵向约束系统，其中，所述高摩擦表面是齿。

22. 根据权利要求18所述的纵向约束系统，其中，由所述促动装置、所述螺旋千斤顶以及所述竖直的螺旋千斤顶构成的组中的至少一个包括转矩限制器。

23. 根据权利要求15所述的纵向约束系统，其中，所述促动装置是液压缸。

24. 根据权利要求15所述的纵向约束系统，其还包括侧向约束。

25. 根据权利要求15所述的纵向约束系统，其中，所述齿条在滑动梁上附连到所述第一结构。

26. 一种用于纵向约束可动结构的方法，其包括：

将齿条附连到第一结构；

将楔子附连到第二结构，其中，所述楔子的面构造成接合所述齿条的面；

沿着所述齿条的面定位所述楔子，其中，所述齿条的齿与所述楔子的齿对准；

将锁定机构附连到所述第二结构；

通过所述锁定机构限制所述楔子以免沿着所述齿条的纵向轴线移动。

27. 根据权利要求26所述的方法，其中，所述锁定机构包括至少一个螺旋千斤顶。

28. 根据权利要求26所述的方法，其中，所述楔子由附连到所述第二结构的促动缸来定位。

29. 根据权利要求26所述的方法，其中，定位所述楔子和接合所述楔子的步骤中的至少一个远程地完成。

30. 根据权利要求26所述的方法，其还包括：

将至少一个竖直的螺旋千斤顶附连到所述第二结构；

延伸所述竖直的螺旋千斤顶以在竖直方向上接合所述楔子的一部分。