CN109178211B - 用于核动力平台单点系泊系统海上快速解脱的万向节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于核动力平台单点系泊系统海上快速解脱的万向节装置，包括吊耳、销轴、凸型锻钢座、凹型锻钢座和方轴；吊耳的前端设有万向节连接装置，后端平行设置两个耳板，两个耳板的对应位置设有通孔，通孔中设有滑动轴承；凸型锻钢座一端沿竖直方向设有第一吊耳板，另一端上部设有T型凸轴，下部设有条形凹槽；凹型锻钢座一端沿水平方向设有第二吊耳板，另一端上部设有T型凹槽，下部设有条形凸轴；方轴为截面为正方形的柱状体；第一吊耳板、第二吊耳板分别插入一个吊耳的两个耳板之间的间隔内，并通过销轴连接，销轴的两端通过挡板固定。本发明可以满足核动力平台遇到超设计基准海况来临或突发事件而需要海上快速解脱的需求。

Description

用于核动力平台单点系泊系统海上快速解脱的万向节装置

技术领域

本发明涉及海洋核动力平台的单点系泊技术领域，具体地指一种用于核动力平台单点系泊系统海上快速解脱的万向节装置。

背景技术

海洋核动力平台长期定点系泊于海洋中，在远离海岸的位置开展发电和输电作业，可为海洋石油钻井平台、海上岛屿及其他海上设施提供电能、热能、淡水等资源。平台以具有风向标效应的软刚臂单点系泊系统有效可靠地长期系泊于海上，船体可做360°旋转，使船体系泊载荷保持在最小状态。然而当遇到超基准海况来临或突发事件包括海上快速维修时，核动力平台有海上快速解脱的需求，因此，对传统结构做出改进，使单点系泊系统能够在保证可靠系泊的情况下满足海上快速解脱的要求。

传统的FPSO软刚臂单点系泊系统中万向节装置如图1所示，其由两根空间垂直的销轴和一个铸钢座构成作为一个整体结构件并不具备海上解脱功能，。因为传统万向节结构一般考虑具备两个垂直方向的自由度以及保证整体的抗拉强度，通常将起到连接作用的铸钢座设计为整体件，没有考虑做成拆分结构，从宏观上来看保证强度和易于拆分解脱本身是矛盾的。

传统的海上解脱工作如图2所示，一般在系泊腿钢管与万向节连接部位进行，此处采用法兰螺栓连接，解脱主要采用专用液压螺栓拉伸器以及配套的液压泵站、管路等，辅以提升滑轮组、提升缆设施，并严格按照螺栓拆卸程序作业，整个解脱工作持续3天并对天气环境有严格要求。而考虑海上快速解脱需求时，要求平台在短时间内如半天实施解脱，则此种方式明显达不到要求，而法兰螺栓连接对于海上回接工作具有独特优势，不方便改变，此时针对传统万向节结构件的改进显得非常迫切。而万向节装置在工作状态下承受较大的轴向拉力，即从宏观上分析其结构应不易于拉开，但又要其具备易于分离解脱的特点，这两者本身存在矛盾，因此，结合其受力特点对结构进行巧妙地设计显得尤为重要。

为了保障核动力平台在遇到超设计基准海况来临或突发事件而需要实现海上快速解脱，需要对现有单点系泊装置的结构进行改进，因此，设计一种具有海上快速解脱功能的万向节装置尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术的不足，而提供一种用于核动力平台单点系泊系统海上快速解脱的万向节装置，可以满足核动力平台遇到超设计基准海况来临或突发事件而需要海上快速解脱的需求。

为实现上述目的，本发明所设计的一种用于核动力平台单点系泊系统海上快速解脱的万向节装置，其特殊之处在于，包括一对吊耳、一对销轴、凸型锻钢座、凹型锻钢座和方轴；所述吊耳的前端设有万向节连接装置，后端平行设置两个耳板，两个耳板的中间形成间隔，所述两个耳板的对应位置设有通孔，所述通孔中设有滑动轴承；所述凸型锻钢座为圆柱体结构，一端的外表面沿竖直方向设有第一吊耳板，所述第一吊耳板的中部设有供销轴穿过的第一耳板孔，另一端的外表面上部设有T型凸轴，下部设有条形凹槽；所述凹型锻钢座为圆柱体结构，一端的外表面沿水平方向设有第二吊耳板，所述第二吊耳板的中部设有供销轴穿过的第二耳板孔，另一端的外表面上部设有T型凹槽，下部设有条形凸轴；所述方轴为截面为正方形的柱状体，长度与凸型锻钢座、凹型锻钢座的直径相等；所述第一吊耳板、第二吊耳板分别插入一个吊耳的两个耳板之间的间隔内，并通过销轴连接，所述销轴的两端通过挡板固定。

进一步地，所述凸型锻钢座的T型凸轴的外表面与凹型锻钢座的T型凹槽的内表面相配合，所述凸型锻钢座的条形凹槽的内表面与凹型锻钢座的条形凸轴外表面相配合，所述T型凹槽沿水平方向的宽度大于T型凸轴的宽度，两者之差与方轴的截面边长相等，所述条形凹槽沿水平方向的宽度大于条形凸轴的宽度，两者之差与方轴的截面边长相等。

更进一步地，所述滑动轴承的外部与吊耳的通孔过盈配合，内部与销轴间隙配合连接。

更进一步地，所述万向节连接装置与海洋核动力平台的系泊腿钢管连接。

更进一步地，所述滑动轴承包括固定外圈和滑动内圈，所述固定外圈先进行液氮冷却，再与通孔安装，形成过盈配合。

更进一步地，所述方轴采用耐腐蚀的高强度锻钢制成，能够承受足够大的压力。

本发明提出的一种用于核动力平台单点系泊系统海上快速解脱的万向节装置，采用具有榫卯特性的凸凹联结及方轴作为万向节装置基本主体，配上销轴与滑动轴承使整体具有水平、垂直两个方向的旋转自由度，同时具备可拆卸的特点。与现有单点系泊系统中的万向节装置相比，本发明将万向节分解为具有特殊外形的两部分结构，巧妙地运用一根方轴插入两部分合并后的空隙中形成整体，当万向节处于工作状态时方孔收缩，两部分通过方轴紧密连成一体，此时其结构强度特性与传统万向节相当，具备足够的自由度满足正常运行要求，而当运行提升缆和滑轮抵消轴向力时，方孔扩大，方轴与方孔之间变回间隙配合，抽出方轴即可完成万向节整体分离，比原先解脱方案缩短了80％的时间。本发明结合系泊系统中的万向节受力特点对结构模型的进行了巧妙设计，使万向节装置在保证正常运转前提下具备易于分离解脱的特点，满足了核动力平台在遇到超设计基准海况来临或突发事件而需要海上快速解脱的需求。

附图说明

图1为现有的单点系泊系统中的万向节装置的结构示意图。

图2为现有的单点系泊系统中的万向节装置与系泊腿钢管连接部位的示意图。

图3为本发明用于核动力平台单点系泊系统海上快速解脱的万向节装置的整体结构示意图。

图4为图3的分解结构示意图。

图5为吊耳的分解结构示意图。

图6为吊耳、滑动轴承、销轴的安装结构示意图。

图7为吊耳、滑动轴承、销轴、挡板的安装结构示意图。

图8为凸型锻钢座的结构示意图。

图9为凹型锻钢座的结构示意图。

图10为凸型锻钢座、凹型锻钢座的安装过程结构示意图。

图11为凸型锻钢座、凹型锻钢座的安装完成结构示意图。

图12为本发明用于核动力平台单点系泊系统海上快速解脱的万向节装置的使用状态示意图。

图中：1-吊耳；1.1-万向节连接装置；1.2-耳板；2-销轴；3-凸型锻钢座；3.1-第一吊耳板；3.2-第一耳板孔；3.3-T型凸轴；3.4-条形凹槽；4-凹型锻钢座；4.1-第二吊耳板；4.2-第二耳板孔；4.3-T型凹槽；4.4-条形凸轴；5-挡板；6-滑动轴承；7-方轴。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图3和图4所示，本发明提出的一种用于核动力平台单点系泊系统海上快速解脱的万向节装置，包括一对吊耳1、一对销轴2、凸型锻钢座3、凹型锻钢座4和方轴7。

如图5所示，吊耳1的前端设有与海洋核动力平台的系泊腿钢管连接的万向节连接装置1.1，后端平行设置两个耳板1.2，两个耳板1.2的中间形成间隔，两个耳板1.2的对应位置设有通孔，通孔中设有滑动轴承6。滑动轴承6包括固定外圈和滑动内圈，滑动轴承6的外部与吊耳1的通孔过盈配合，内部与销轴2间隙配合连接。销轴2的两端通过挡板5固定。滑动轴承通过液氮冷却使整体尺寸缩小，完成轴承外圈与通孔安装配合(固定外圈与通孔为过盈配合)。之后销轴2穿过滑动内圈，其中，销轴2表面与滑动内圈间隙配合，如图6所示。最后销轴两端加上挡板5完成整体安装，如图7所示。

如图8所示，凸型锻钢座3为圆柱体结构，一端的外表面沿竖直方向设有第一吊耳板3.1，第一吊耳板3.1的中部设有供销轴2穿过的第一耳板孔3.2，另一端的外表面上部设有T型凸轴3.3，下部设有条形凹槽3.4。凸型锻钢座3由锻钢毛坯件机加工而成，第一吊耳板3.1插入一个吊耳1的两个耳板1.2之间的间隔内，滑动轴承的6固定外圈通过过盈配合安装于两个耳板1.2内，销轴2通过间隙配合穿入滑动内圈、第一吊耳板3.1中，销轴2的两端通过挡板5固定，凸型锻钢座3的旋转自由度均由销轴2与滑动轴承6内孔表面接触提供，上述部件构成凸联结。

如图9所示，凹型锻钢座4为圆柱体结构，一端的外表面沿水平方向设有第二吊耳板4.1，第二吊耳板4.1的中部设有供销轴2穿过的第二耳板孔4.2，另一端的外表面上部设有T型凹槽4.3，下部设有条形凸轴4.4。凹型锻钢座4由锻钢毛坯件机加工而成，第二吊耳板4.1插入一个吊耳1的两个耳板1.2之间的间隔内，滑动轴承的6固定外圈通过过盈配合安装于两个耳板1.2内，销轴2通过间隙配合穿入滑动内圈、第二吊耳板4.1中，销轴2的两端通过挡板5固定，凹型锻钢座4的旋转自由度均由销轴2与滑动轴承6内孔表面接触提供，上述部件构成凹联结。

方轴7为截面为正方形的柱状体，长度与凸型锻钢座3、凹型锻钢座4的直径相等，采用耐腐蚀的高强度锻钢制成，能够承受足够大的压力。如图10所示，凸型锻钢座3的T型凸轴3.3的外表面与凹型锻钢座4的T型凹槽4.3的内表面相配合，凸型锻钢座3的条形凹槽3.4的内表面与凹型锻钢座4的条形凸轴4.4外表面相配合，T型凹槽4.3沿水平方向的宽度大于T型凸轴3.3的宽度，两者之差与方轴的截面边长相等，条形凹槽3.4沿水平方向的宽度大于条形凸轴4.4的宽度，两者之差与方轴7的截面边长相等。凸型锻钢座3、凹型锻钢座4配合安装后中部会形成一个方孔，如图11所示，方轴7的形状与方孔相同。

本发明的使用状态如图12所示，凸联结与凹联结装配件均为陆上安装，两者分别安装好后再进行对接，两者凸凹部分对接拼合后中部会形成一个方孔，方轴7通过间隙配合插入到中部方孔中，当万向节处于工作状态时即受轴向拉力，凸联结与凹联结向两边位移，压紧方轴7，此时方孔与方轴7变为过盈配合，三者形成一个整体，传递载荷的同时为单点系泊系统提供旋转自由度。

当需要进行解脱操作时，运行预先安装于系泊腿上的提升缆和滑轮组将凸联结与凹联结对向拉拢，此时方孔增大，与方轴7之间又变为间隙配合，通过特殊工具抽出方轴7，则凸联结与凹联结便可分离，整个过程半天内可完成。

本发明采用具有榫卯特性的凸凹联结及方轴作为万向节装置基本主体，配上销轴2与滑动轴承6使整体具有两个方向的旋转自由度，同时具备可拆卸的特点。与现有单点系泊系统中的万向节装置相比，本发明将万向节分解为具有特殊外形的两部分结构，巧妙地运用一根方轴7插入两部分合并后的空隙中形成整体，当万向节处于工作状态时方孔收缩，两部分通过方轴7紧密连成一体，此时其结构强度特性与传统万向节相当，具备足够的自由度满足正常运行要求，而当运行提升缆和滑轮抵消轴向力时，方孔扩大，方轴7与方孔之间变回间隙配合，当万向节处于工作状态时其特点与传统万向节一样，当运行提升缆和滑轮时，抽出方轴7即可完成万向节整体分离，比原先解脱方案缩短了80％的时间。本发明结合系泊系统中的万向节受力特点对结构模型的进行了巧妙设计，使万向节装置在保证正常运转前提下具备易于分离解脱的特点，满足了核动力平台在遇到超设计基准海况来临或突发事件而需要海上快速解脱的需求。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于核动力平台单点系泊系统海上快速解脱的万向节装置，其特征在于：包括一对吊耳(1)、一对销轴(2)、凸型锻钢座(3)、凹型锻钢座(4)和方轴(7)；

所述吊耳(1)的前端设有万向节连接装置(1.1)，后端平行设置两个耳板(1.2)，两个耳板(1.2)的中间形成间隔，所述两个耳板(1.2)的对应位置设有通孔(1.3)，所述通孔(1.3)中设有滑动轴承(6)；

所述凸型锻钢座(3)为圆柱体结构，一端的外表面沿竖直方向设有第一吊耳板(3.1)，所述第一吊耳板(3.1)的中部设有供销轴(2)穿过的第一耳板孔(3.2)，另一端的外表面上部设有T型凸轴(3.3)，下部设有条形凹槽(3.4)；

所述凹型锻钢座(4)为圆柱体结构，一端的外表面沿水平方向设有第二吊耳板(4.1)，所述第二吊耳板(4.1)的中部设有供销轴(2)穿过的第二耳板孔(4.2)，另一端的外表面上部设有T型凹槽(4.3)，下部设有条形凸轴(4.4)；

所述方轴(7)为截面为正方形的柱状体，长度与凸型锻钢座(3)、凹型锻钢座(4)的直径相等；

所述第一吊耳板(3.1)、第二吊耳板(4.1)分别插入一个吊耳(1)的两个耳板(1.2)之间的间隔内，并通过销轴(2)连接，所述销轴(2)的两端通过挡板(5)固定。

2.根据权利要求1所述的用于核动力平台单点系泊系统海上快速解脱的万向节装置，其特征在于：所述凸型锻钢座(3)的T型凸轴(3.3)的外表面与凹型锻钢座(4)的T型凹槽(4.3)的内表面相配合，所述凸型锻钢座(3)的条形凹槽(3.4)的内表面与凹型锻钢座(4)的条形凸轴(4.4)外表面相配合，所述T型凹槽(4.3)沿水平方向的宽度大于T型凸轴(3.3)的宽度，两者之差与方轴的截面边长相等，所述条形凹槽(3.4)沿水平方向的宽度大于条形凸轴(4.4)的宽度，两者之差与方轴的截面边长相等。

3.根据权利要求1所述的用于核动力平台单点系泊系统海上快速解脱的万向节装置，其特征在于：所述滑动轴承(6)的外部与吊耳(1)的通孔(1.3)过盈配合，内部与销轴(2)间隙配合连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于核动力平台单点系泊系统海上快速解脱的万向节装置，其特征在于：所述万向节连接装置(1.1)与海洋核动力平台的系泊腿钢管连接。

5.根据权利要求3所述的用于核动力平台单点系泊系统海上快速解脱的万向节装置，其特征在于：所述滑动轴承(6)包括固定外圈和滑动内圈，所述固定外圈先进行液氮冷却，再与通孔安装，形成过盈配合。

6.根据权利要求1所述的用于核动力平台单点系泊系统海上快速解脱的万向节装置，其特征在于：所述方轴(1)采用耐腐蚀的高强度锻钢制成。