CN104943828A - 超大型海洋浮式结构物模块间的卡槽式连接器及连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超大型海洋浮式结构物模块间的卡槽式连接器及连接方法，由分别嵌装在被连接的模块上的柱形连接轴和圆柱状连接槽对接组成，柱形连接器包括方形基柱、中轴和第一圆形盖板，圆柱状连接槽包括槽体、圆形基柱、第二圆形盖板、油压槽内定位器和三角紧固扎头；柱形连接轴向左进入圆柱形连接槽中心孔内，第一圆形盖板与第二圆形盖板接触，启动第一动力油缸推进油压槽内定位器，直至弧形定位板与中轴接触；启动第二动力油缸推进三角紧固扎头，使三角紧固扎头进入中轴上的方形卡槽孔内，采用丝杠电机伸入圆柱形连接槽中心孔内，推进紧固螺栓使第二圆形盖板与第一圆形盖板固定；采用卡槽式连接与断开结构，定位更为简单精确，连接更为牢固。

Description

超大型海洋浮式结构物模块间的卡槽式连接器及连接方法

技术领域

 本发明涉及一种海洋浮式结构物，具体涉及一种应用于海洋浮式结构物模块间的连接器，用于连接两个海洋浮式结构物模块。

背景技术

在海洋开发中，船舶、海洋平台、浮体等设备的使用越来越广泛，在这些设备使用中，如何精确高效的对接是海洋工作经常遇到的问题。海洋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，怎样快速安全地完成海上拼装连接就成了超大型浮式结构物的重点。

模块连接技术中常用的是焊接连接，然而焊接连接虽然具有强度、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多技术问题，焊接时的固定缺少灵活性，模块焊接之后不易拆卸，耗费大量的人力资源，当浮式结构物维修或遭遇极端恶劣海况情况下，焊接连接后的连接器的断开也无法快速实现，并且模块之间连接的精准度难以调节控制，焊接牢固性难以保证。模块连接技术中还有一种是采用电磁式连接器，电磁式连接器相较于焊接拼装式连接节省了大量的人力物力，使得模块间的连接更为灵活，然而其电磁式连接依赖电机产生磁力，其连接的牢固性难以控制，在复杂多变的海况中应对风险的能力较小，一旦电机发生故障连接器将无法保持正常连接，海上作业的安全性无法得到保证，并且电磁式连接的维护成本也较高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有超大型海洋浮式结构物模块间的连接技术存在的不足，提出一种应用于超大型海洋浮式结构物模块间的卡槽式连接器及其连接方法，能提高连接的精准度、牢固性、灵活性并且易拆卸、减少人力消耗。

本发明超大型海洋浮式结构物模块间的卡槽式连接器采用的技术方案是：由分别嵌装在被连接的模块上的柱形连接轴和圆柱状连接槽对接组成，柱形连接器和圆柱状连接槽的中心轴同轴且水平，所述柱形连接器包括方形基柱、中轴和第一圆形盖板，方形基柱左端同轴连接中轴右端，中轴左端同轴连接第一圆形盖板；中轴侧表面上设置有一对相对于中轴中心轴上下对称的方形卡槽孔，第一圆柱形盖板外边缘处设有相对于第一圆柱形盖板中心轴上下对称的一对紧固通孔；所述圆柱状连接槽为空心圆筒状，其中心孔的开口朝向右侧的柱形连接器，包括槽体、圆形基柱、第二圆形盖板、油压槽内定位器和三角紧固扎头；圆形基柱左端紧固于中心孔左端，圆形基柱右端固定连接第二圆形盖板；在槽体中心孔的内侧壁上开有两个相对于圆柱状连接槽中心轴上下对称的第一凹槽，第一凹槽轴心线与圆柱状连接槽中心轴相垂直，在第一凹槽内装有第一动力油缸、油压槽内定位器和弧形定位板，油压槽内定位器与第一动力油缸相连，第一动力油缸固定连接弧形定位板，弧形定位板的曲率半径与中轴的曲率半径相同；在槽体中心孔内侧壁上且位于第一凹槽右旁开有相对于圆柱状连接槽中心轴上下对称的第二凹槽，在第二凹槽内装有第二动力油缸和三角紧固扎头，第二动力油缸固定连接三角紧固扎头；两个三角紧固扎头分别与中轴上的方形卡槽孔相配。

所述超大型海洋浮式结构物模块间的卡槽式连接器的连接方法采用以下技术方案是包括以下步骤：

A、柱形连接轴向左进入圆柱形连接槽中心孔内，第一圆形盖板与第二圆形盖板接触，启动第一动力油缸推进油压槽内定位器，直至弧形定位板与中轴接触；

B、启动第二动力油缸推进三角紧固扎头，使三角紧固扎头进入中轴上的方形卡槽孔内并紧固三角紧固扎头；

C、采用丝杠电机伸入圆柱形连接槽中心孔内，推进紧固螺栓使第二圆形盖板与第一圆形盖板固定。

本发明采用上述技术方案后的有益效果是：

1、本发明采用卡槽式的连接与断开结构，具有安全、节能、便利、环保的优点。模块连接时的定位更为简单精确、耗时较少，相对于传统焊接连接减少了大量的工作量。

2、一个本发明所述的卡槽式连接器组成一个独立的连接单元，当一个连接单元失效时只限于这一个连接单元，而在传统焊接拼装的连接结构中，当模块间连接的焊缝失效时，其裂缝会延伸影响其他模块。

3、本发明是通过刚性机械式连接的卡槽式定位，连接更为牢固，模块间不易产生相对的纵摇、横摇、垂荡等，有利于模块的海上作业及工作人员的海上施工。

附图说明

图1为两个超大型海洋浮式结构物模块处于连接时的状态图；

图2为图1中A-A剖视放大图；

图3为图2中本发明卡槽式连接器4处于连接状态时的结构放大示意图；

图4为图2中本发明卡槽式连接器4处于未连接状态时的结构放大示意图；

图5为图4中B-B剖面放大图；

图6为图3中I局部放大图；

图7为图4中油压槽内定位器425与弧形定位板4251连接结构的左视放大示意图；

图8为图4中三角紧固扎头426的结构放大示意图。

图中：1.上体；2.多根立柱；3.下体；4.卡槽式连接器；5.第一动力油缸；6.第二动力油缸；7.压力传感器；

11、12.超大型海洋浮式结构物模块；41.柱形连接轴；42.圆柱状连接槽；

411.方形基柱；412.中轴；413.第一圆形盖板，421.槽体；422.圆形基柱；423.第二圆形盖板；424.弹性橡胶圈；425.油压槽内定位器；426.三角紧固扎头；427.第二凹槽；428.第一凹槽；

4121.方形卡槽孔；4122.过渡轴；4131.紧固通孔；4231.紧固螺栓；4251.弧形定位板；4252.圆形连接柱；4253.方形基座；4261.方形基座；4262.紧固螺栓；4263.扎头。

具体实施方式

如图1所示，两个超大型海洋浮式结构物模块11、12均由上体1、多根立柱2和下体3组成。上体1位于多根立柱2上方，下体3位于多根立柱2下方，多根立柱2垂直连接于上体1和下体3之间，上体1和下体3均水平布置。两个超大型海洋浮式结构物模块11、12之间采用两个本发明所述卡槽式连接器4相连。上体1左右方向为长度方向，长度尺寸为275m，上下方向为高度方向，高度尺寸为17.5，宽度方向尺寸为125m，每根立柱2的上下高度均为27.5m，圆形立柱的直径为φ25m，下体3的左右长度尺寸为270m，高度尺寸为12.5m，宽度为尺寸为35m，宽度为尺寸为35m。两个模块11、12相连时，采用本发明卡槽式连接器4进行连接，具体是在两个模块11、12的上体1之间连接第一个卡槽式连接器4，在两个模块11、12的下体3之间再连接第二个卡槽式连接器4。

如图2所示，本发明所述卡槽式连接器4由柱形连接轴41和圆柱状连接槽42对接组成，柱形连接轴41和圆柱状连接槽42分别嵌装在被连接的两个模块11、12的上体1或下体3上。柱形连接器41和对接的圆柱状连接槽42的中心轴均水平，两中心轴同轴设置，柱形连接轴41和圆柱状连接槽42总是成对组装。

如图3和图4所示，柱形连接器41包括方形基柱411、中轴412和第一圆形盖板413，方形基柱411的中心轴水平设置，方形基柱411为实心结构，右端固定连接于右模块，方形基柱411的左端同轴连接中轴412的右端，中轴412的左端同轴连接第一圆形盖板413。在中轴412的左端和第一圆形盖板413之间设有直径小于中轴412的一段过渡轴4122，第一圆形盖板413与过渡轴4122同轴相连。中轴412的侧表面上设置有一对相对于中轴412的中心轴上下对称的方形卡槽孔4121，再参见图5。第一圆柱形盖板413的外边缘处设有相对于第一圆柱形盖板413的中心轴上下对称的一对紧固通孔4131，紧固通孔4131内部设有内螺纹。

圆柱状连接槽42为空心圆筒状，其中心孔的开口朝向右侧的柱形连接器41，圆柱状连接槽42由槽体421、圆形基柱422、第二圆形盖板423，弹性橡胶圈424、油压槽内定位器425和三角紧固扎头426组成。圆形基柱422左端紧固于中心孔的左端底部，圆形基柱422右端固定连接第二圆形盖板423，第二圆形盖板423上安装弹性橡胶圈424。槽体421、圆形基柱422和第二圆形盖板423均采用轴向布置并与柱形连接器41同轴。

在槽体421的中心孔的内侧壁上开有两个相对于圆柱状连接槽42中心轴上下对称的第一凹槽428，第一凹槽428的轴心线与圆柱状连接槽42中心轴相垂直。在第一凹槽428内安装有第一动力油缸5、油压槽内定位器425和弧形定位板4251。油压槽内定位器425与第一动力油缸5焊接相连，保证第一动力油缸5与油压槽内定位器425同步移动，第一动力油缸5固定连接弧形定位板4251，带动弧形定位板4251移动。两个弧形定位板4251靠近圆柱状连接槽42中心轴且两个弧形定位板4251相对于圆柱状连接槽42中心轴上下对称。在槽体421的中心孔的内侧壁上且位于第一凹槽428右旁开有相对于圆柱状连接槽42中心轴上下对称的第二凹槽427，在第二凹槽427内安装第二动力油缸6和三角紧固扎头426，第二动力油缸6固定连接三角紧固扎头426，两个三角紧固扎头426靠近圆柱状连接槽42中心轴且对于圆柱状连接槽42中心轴上下对称。弧形定位板4251以及三角紧固扎头426的轴心线与圆柱状连接槽42中心轴相垂直。两个三角紧固扎头426分别与中轴412上的方形卡槽孔4121相配合，其底部设有紧固螺栓及第一动力油缸6。第一圆形盖板413左端面至方形卡槽孔4121中心轴的距离与第二圆形盖板423右端面至三角紧固扎头426顶尖处的距离相同，使得三角紧固扎头426能顺利进入方形卡槽孔4121中。

第二圆形盖板423的右端面与第一圆柱形盖板413的左端面紧密贴合在一起，并通过上下两个轴向的紧固螺栓4231以及紧固通孔4131将第二圆形盖板423与第一圆柱形盖板413同轴固定连接在一起，紧固螺栓4231与紧固通孔4131内部设有的内螺纹相匹配。

弧形定位板4251的曲率半径与中轴412的曲率半径相同，使得弧形定位板4251与中轴412表面达到完美贴合，便于精确稳固地定位柱形连接器41。弹性橡胶圈424安装在第二圆柱形盖板423和第一圆形盖板413之间，弹性橡胶圈424为同心圆状橡胶薄片，在弹性橡胶圈424上设有压力传感器7，参见图6。在柱形连接轴41进入圆柱状连接槽42的中心孔后，压力感应器7用于感应第一圆形盖板413是否与弹性橡胶圈424接触，以便及时开启第一动力油缸5。

 第二动力油缸6用以推动三角紧固扎头426，使三角紧固扎头顺利进入中轴412上的方形卡槽孔4121内，卡住柱形连接轴41，达到连接效果。

如图7所示，油压槽内定位器425底部有一方形基座4253，方形基座4253上设有两根圆形连接柱4252，两根圆形连接柱4252与弧形定位板4251相连。

     如图8所示，三角紧固扎头426底部为一方形基座4261，方形基座4261四周均匀分布有16根紧固螺栓4262，用于固定三角紧固扎头426。方形基座4261顶部连接扎头4263，扎头4263底部为柱形，顶部为三角锥形。

本发明工作时，将油压槽内定位器425向外收回至第一凹槽428内，将三角紧固扎头426向外收回至第二凹槽427内。调整各种辅助定位装置推动两模块11、12完成垂向和横向的初步定位。初步定位完成后，启动模块推进装置轴向推动两模块11、12开始对接，将柱形连接轴41向左进入圆柱形连接槽42的中心孔内，待第一圆形盖板413与第二圆形盖板423接触，接触时的接触压力由压力传感器7检测，要压力传感器7感应到接触压力且接触压力达到预设值时，发出信号给模块推进装置，模块推井装置停止运作。然后同时启动对称的一对第一动力油缸5同步推进油压槽内定位器425，直至弧形定位板4251与中轴412接触并紧固，完成柱形连接轴41槽内精确定位。精确定位后，第二动力油缸6同时推进三角紧固扎头426，使三角紧固扎头426进入中轴412上的方形卡槽孔4121内，紧固三角紧固扎头426底部的紧固螺栓4262固定三角紧固扎头426。最后再采用丝杠电机伸入中心孔内，推进第二圆形盖板423两侧的紧固螺栓4231，使第二圆形盖板423与第一圆形盖板413固定，再收回第一动力油缸5将油压槽内定位器425收回至第一凹槽428内，完成浮式结构物模块连接。

在超大型浮式结构物需要检修或者遭遇到极其恶劣的海况情况下需要脱落模块，此时松开第二圆形盖板423两侧紧固螺栓4231与三角紧固扎头426底部紧固螺栓4262，将三角紧固扎头426收回至第二凹槽427内，此时柱形连接轴41失去约束，即可断开构物模块的连接。

Claims (8)

1.一种超大型海洋浮式结构物模块间的卡槽式连接器，由分别嵌装在被连接的模块上的柱形连接轴（41）和圆柱状连接槽（42）对接组成，其特征是：柱形连接器（41）和圆柱状连接槽（42）的中心轴同轴且水平，所述柱形连接器（41）包括方形基柱（411）、中轴（412）和第一圆形盖板（413），方形基柱（411）左端同轴连接中轴（412）右端，中轴（412）左端同轴连接第一圆形盖板（413）；中轴（412）侧表面上设置有一对相对于中轴（412）中心轴上下对称的方形卡槽孔（4121），第一圆柱形盖板（413）外边缘处设有相对于第一圆柱形盖板（413）中心轴上下对称的一对紧固通孔（4131）；所述圆柱状连接槽（42）为空心圆筒状，其中心孔的开口朝向右侧的柱形连接器（41），包括槽体（421）、圆形基柱（422）、第二圆形盖板（423）、油压槽内定位器（425）和三角紧固扎头（426）；圆形基柱（422）左端紧固于中心孔左端，圆形基柱（422）右端固定连接第二圆形盖板（423）；在槽体（421）中心孔的内侧壁上开有两个相对于圆柱状连接槽（42）中心轴上下对称的第一凹槽（428），第一凹槽（428）轴心线与圆柱状连接槽（42）中心轴相垂直，在第一凹槽（428）内装有第一动力油缸（5）、油压槽内定位器（425）和弧形定位板（4251），油压槽内定位器（425）与第一动力油缸（5）相连，第一动力油缸（5）固定连接弧形定位板（4251），弧形定位板（4251）的曲率半径与中轴（412）的曲率半径相同；在槽体（421）中心孔内侧壁上且位于第一凹槽（428）右旁开有相对于圆柱状连接槽（42）中心轴上下对称的第二凹槽（427），在第二凹槽（427）内装有第二动力油缸（6）和三角紧固扎头（426），第二动力油缸（6）固定连接三角紧固扎头（426）；两个三角紧固扎头（426）分别与中轴（412）上的方形卡槽孔（4121）相配。

2.根据权利要求1所述卡槽式连接器，其特征是：第一圆柱形盖板（413）的外边缘处设有相对于第一圆柱形盖板（413）的中心轴上下对称的一对紧固通孔（4131），紧固通孔（4131）内部设有内螺纹。

3.根据权利要求1所述卡槽式连接器，其特征是：在中轴（412）左端和第一圆形盖板（413）之间设有直径小于中轴（412）的一段过渡轴（4122），第一圆形盖板（413）与过渡轴（4122）同轴相连。

4.根据权利要求1所述卡槽式连接器，其特征是：第一圆形盖板（413）左端面至方形卡槽孔（4121）中心轴的距离与第二圆形盖板（423）右端面至三角紧固扎头（426）顶尖处的距离相同。

5.根据权利要求1所述卡槽式连接器，其特征是：油压槽内定位器（425）底部有一方形基座（4253），方形基座（4253）上设有两根圆形连接柱（4252），两根圆形连接柱（4252）与弧形定位板（4251）相连。

6.根据权利要求1所述卡槽式连接器，其特征是：三角紧固扎头（426）底部为一方形基座（4261），方形基座（4261）四周均匀分布有固定三角紧固扎头（426）的紧固螺栓（4262），方形基座（4261）顶部连接扎头（4263），扎头（4263）底部为柱形、顶部为三角锥形。

7.一种如权利要求1所述超大型海洋浮式结构物模块间的卡槽式连接器的连接方法，其特征是包括以下步骤：

A、柱形连接轴（41）向左进入圆柱形连接槽（42）中心孔内，第一圆形盖板（413）与第二圆形盖板（423）接触，启动第一动力油缸（5）推进油压槽内定位器（425），直至弧形定位板（4251）与中轴（412）接触；

B、启动第二动力油缸（6）推进三角紧固扎头（426），使三角紧固扎头（426）进入中轴（412）上的方形卡槽孔（4121）内并紧固三角紧固扎头（426）；

C、采用丝杠电机伸入圆柱形连接槽（42）中心孔内，推进紧固螺栓（4231）使第二圆形盖板（423）与第一圆形盖板（413）固定。

8.根据权利要求7所述卡槽式连接器的连接方法，其特征是：步骤A中，第一圆形盖板（413）与第二圆形盖板（423）接触时的接触压力由压力传感器（7）检测，当压力达到预设值时再启动第一动力油缸（5）。