CN109311644A

CN109311644A - 用于补偿偏离角的同轴绕线装置

Info

Publication number: CN109311644A
Application number: CN201780034298.XA
Authority: CN
Inventors: Y·博罗伊; L-W·延森; H·拉塞尔达; T·比约根
Original assignee: National Oilwell Norway AS
Current assignee: National Oilwell Varco Norway AS
Priority date: 2016-06-02
Filing date: 2017-05-24
Publication date: 2019-02-05
Anticipated expiration: 2037-05-24
Also published as: CN109311644B; US10822213B2; BR112018074474A2; AU2017273245A1; US20200156907A1; AU2017273245B2; EP3252000A1; BR112018074474B1; WO2017209622A1; EP3252000B1

Abstract

本发明涉及一种绕线装置(200)，其便利于从供给点(fp)将线缆(99、99’、99”)卷绕在鼓式绞盘(300)上的操作。绕线装置(200)包括：框架(230)和安装到机械框架(230)的悬架(210)。悬架(210)包括可旋转的线缆滑轮(215)，用以接收线缆(99、99’、99”)并用以将线缆(99、99’、99”)引导到鼓式绞盘(300)上的特定位置。具有线缆滑轮(215)的悬架(210)以沿循曲线路径(cp)可滑动的方式安装到框架(230)。曲线路径(cp)被选择为，在绕线装置(200)的操作使用中，使得来自供给点(fp)的线缆(99、99’、99”)的偏离角(fa)至少部分得到补偿，以便在线缆滑轮(215)滑动期间减少线缆(99、99’、99”)在线缆滑轮(215)上的边缘效应。

Description

用于补偿偏离角的同轴绕线装置

技术领域

本发明涉及一种绕线装置，该绕线装置便利于从供给点将线缆卷绕在鼓式绞盘上。本发明还涉及一种包括这种绕线装置的起重机组件以及包括这种起重机的船舶。

背景技术

在许多应用领域利用卷绕和退绕鼓式绞盘来实现特定对象的平移。此类应用领域的实例是使用岸上和海上(即在石化产业和海运产业中)的起重机的起重应用。绞盘系统的一般问题是，为了有效进行绕线，需要使绕线装置或系统以受控方式促进相应的线缆或缆绳的供给。换句话说，绕线装置或系统必须确保以往复方式供给线缆或缆绳，使得线缆或缆绳恰当地在鼓式绞盘上形成整齐的堆叠。绕线装置通常被设置为在鼓式绞盘上被卷绕的线缆或缆绳的路径中靠近鼓式绞盘。

绕线装置必须克服或容忍的一个已知问题是，线缆或缆绳通常从一个点被供给，其与绕线装置的往复运动相结合而导致供给到绕线装置的缆绳具有变化偏离角(fleetangle，绳索偏角)。偏离角是在鼓式绞盘的技术领域中众所周知的一个术语。绕线装置通常包括滑轮，其在一侧接收来自供给点的线缆或缆绳，并且在另一侧将线缆或缆绳供给到鼓式绞盘，其中滑轮平移或枢转而形成上述往复运动。

在现有技术中已报告了解决偏离角问题的多种不同的方案。

EP 2,933,220A1公开了一种能容许偏离角的滑轮，其包含一主体部分，该主体部分具有圆周部并限定一中心平面，一孔延伸穿过该主体部分并且配置为用以接纳一轴，并使主体部分能够在中心平面内旋转。该滑轮进一步包括布置在圆周部上的绳槽，该绳槽包括具有第一端和第二端的倒圆的底部和一对相对的侧壁，每个侧壁直接地且切向地从第一和第二端之一延伸并具有弯曲的轮廓。

US 3,589,642公开了一种用于控制卷绕到鼓上的缆绳的偏离角的装置。该装置包含第一滑轮和第二滑轮，用以将缆绳引导到鼓，所述滑轮安装成用以绕枢转轴线进行枢转运动，该轴线垂直于包含鼓的旋转轴线的平面。该装置进一步包括用于安装所述滑轮的方法，使得由于缆绳张力引起的力导致所述滑轮和所述枢转轴线的至少其中之一位于一公共平面中，并使得所述一个滑轮相对于所述枢转轴线的升高为确定的缆绳相对于鼓的偏离角。

US 4,015,798公开了一种枢转框架组件，其通过互连的双金刚石丝杆在鼓式绞盘上来回引导。在框架组件上轴颈安装的滑轮供给缆绳或水听器阵列，使得在部署和取回期间不会在缆绳上产生挤压应力或侧向负载力。由于框架和滑轮相对于鼓式绞车的实体部署方式及其与其他相关结构元件的机械协作，传动滑轮比当前的单元更为靠近，因此整体结构更紧凑。

如在上文的论述中所解决的(问题)，当前的现有技术解决方案均聚焦于在绕线系统中产生偏离角容许度(tolerance，容限)或使偏离角最小化。

发明内容

本发明的目的是弥补或减少现有技术的至少一个缺点，或者至少提供现有技术的有益的替代方案。

此目的通过在下文的描述中及随附的权利要求书中具体阐述的特征来实现。

独立权利要求限定了本发明。从属权利要求限定了本发明的有利的实施例。

在第一方面，本发明涉及绕线装置，其用于使从供给点将线缆卷绕在卷筒绞盘上的操作更便利。所述绕线装置包括：框架、以及安装到所述框架的悬架，其中所述悬架包括可旋转的线缆滑轮，用以接收所述线缆并用以将所述线缆引导到所述鼓式绞盘上的特定位置。具有线缆滑轮的悬架以沿一曲线路径可滑动的方式安装到框架，其中该曲线路径被选择为，使得在绕线装置的操作使用中，在线缆滑轮滑动的运动期间，来自供给点的线缆的偏离角至少部分地得到补偿，以减小线缆在线缆滑轮上的边缘效应。

根据本发明的绕线装置具有下列效果。首先，具有线缆滑轮的悬架沿循一曲线路径以可滑动的方式安装到框架(在此可以采用许多实施方式)。另外，该曲线路径被选择为在线缆滑轮的滑动运动期间使得来自供给点的线缆的偏离角至少部分地得到补偿，以便减小线缆在线缆滑轮上的边缘效应。偏离角的这种部分补偿意味着线缆与曲线路径之间的角度保持接近90度，即该曲线路径被选择为使得从供给点延伸的线缆保持基本垂直于该曲线路径，而不受偏离角影响。换言之，在悬架的往复运动过程中，线缆滑轮与线缆被更大程度地保持在平面内。

本发明的关键在于线缆滑轮以可滑动的方式安装。这与现有技术的方案形成巨大的对比，现有技术的方案可使用安装在可旋转的臂上的线缆滑轮。本发明的方案优于现有技术的方案的优势是巨大的，特别是当供给点位于更加远离绕线装置的位置时更是如此。在供给点与绕线装置之间的距离较大的情况下，可旋转臂也需要很长(或者需要非常复杂的结构)。在依照本发明的绕线装置中，完全省去了这种可旋转的臂，使其方案紧凑得多且比较不复杂。

为了恰当的理解本发明，需要对术语“供给点”进行一些限定。所谓供给点表示，当线缆进入和离开绕线装置(并且最终进入和离开鼓式绞盘)时，线缆被供给的位置。在实践中，该位置与沿滑轮周部(圆周)的一位置重合。尽管其被称为“点”，但这并不意味着其为字面意思上的“空间中的固定点”。在使用滑轮来供给线缆的情况下，当偏离角改变时，该点有效地沿滑轮的周部移动。

在依照本发明的绕线装置的一实施例中，曲线路径被限定为，在绕线装置的操作使用中，在线缆滑轮的滑动运动期间，使得偏离角沿着线缆滑轮的整个(充分)摆动而基本上被补偿，其中线缆与线缆滑轮基本上保持在平面内。该实施例通过确保沿着悬架和滑轮的整个摆动使偏离角得到基本完全的补偿而进一步改进本发明的构思。

在依照本发明的绕线装置的一实施例中，在绕线装置的操作使用中，沿着线缆滑轮的整个摆动运动，曲线路径是一个基本呈圆形的路径，其中心与供给点重合。该实施例构成了在整个摆动运动过程中补偿偏离角的一种便利方式。在一替代实施例中，曲线路径可被稍微适应性调整，以便补偿供给点的非静态特性。

在依照本发明的绕线装置的一实施例中，悬架通过第一推力梁而被安装到框架，其中该第一推力梁包括弯曲轨道，悬架以可滑动的方式安装在该该弯曲轨道上。具有弯曲轨道的推力梁的设置构成一种非常方便的实施方式，以确保(实现)所选择的用以补偿偏离角的曲线路径。

在依照本发明的绕线装置的一实施例中，悬架通过从第一推力梁移位的第二推力梁而进一步安装到框架，其中该第二推力梁包括第二弯曲轨道，悬架以可滑动的方式安装在该第二弯曲轨道上。第二推力梁的设置提供了机械上更稳定的结构。两个推力梁都必须被配置和安设为使得它们都更便于悬架沿所选择的曲线路径移动。

根据本发明的绕线装置的一实施例进一步包括安装在框架上的动力驱动机构，例如液压缸，该动力驱动机构被结合到悬架用以致动悬架，进而用以控制悬架在一个或多个所述轨道上的位置。在该实施例中借助动力驱动机构来方便地致动悬架。

在第二方面，本发明涉及一种起重机组件，其包括起重机和用于与所述起重机配合的鼓式绞盘。该起重机组件进一步包括根据本发明的绕线装置。该绕线装置被放置在起重机和卷筒绞盘之间，以利于线缆在卷筒绞盘上的卷绕。该实施方案构成了本发明的一重要应用。

在第三方面，本发明涉及一种包括根据本发明的起重机组件的船舶。依照本发明的起重机组件可被方便地放置在浮船或钻塔上。

在根据本发明的船的一个实施例中，起重机被放置在船舶的甲板上，其中鼓式绞盘被放置在甲板下方，并且其中绕线装置被放置在甲板下方。该实施例确保了各个部件在船舶上的方便放置。

附图说明

在下文中描述了附图中所示的实施例的示例，在图中：

图1公开了依照本发明的起重机组件的实施例；

图2公开了依照本发明的绕线装置的实施例；

图3以立体图示出了图2的绕线装置的操作；

图4示出了从不同的视角观看的图2的绕线装置的操作；

图5示出了图2的绕线装置在操作使用中的一些其他细节；

图6以侧视图进一步示出了图2的绕线装置的一些其他细节，并且

图7示出了处于中心位置的图2的绕线装置；

图8示出了处于第一极限位置的图2的绕线装置，以及

图9示出了处于第二极限位置的图2的绕线装置。

具体实施方式

下文的描述将讨论绕线装置的一实施例，且特别是关于其在船舶上的起重机上的应用。然而，本发明不限于这些示例，并且可以应用于使用绕线装置的任何绞盘应用中。

图1公开了依照本发明的起重机组件的实施例。起重机组件用于船舶上(未示出)。如图所示，起重机组件包括起重机100、绕线装置200和鼓式绞盘300。该实施例的起重机100包括具有如图所示的折臂起重机160的起重机基座110，但是本发明实际上适用于任何类型的起重机。线缆99从起重机100上的起重机主滑轮(crane king sheave)150向下运行到绕线装置200，然后到达鼓式绞盘300。当起重机基座110较长时，即当在起重机主滑轮150与绕线装置200之间存在大的距离时，依照本发明的绕线装置200特别有优势。绕线装置200可以位于船舶的主甲板下方，安装在鼓式绞盘300的前面并且位于起重机基座110的中心。

图2公开了依照本发明的绕线装置200的实施例。如图2所示，绕线装置200包括安装在连接到船舶的甲板(未示出)的船体基座250中的引导框架230。如图所示，在引导框架230中包括第一(弯曲的)推力梁220a和第二(弯曲的)推力梁220b。在这些推力梁220a，220b上以可滑动方式安装有带有线缆滑轮215的悬架210。悬架210由动力驱动机构(这里为液压缸，但其可以是其他许多类型的致动器)致动。液压缸240包括连接到悬架210的活塞杆241。为了使悬架210便于在推力梁220a，220b上滑动，每个所述推力梁220a、220b均形成有轨道220a1、220b1，该轨道与悬架210配合操作。所述轨道220a1、220b1是弯曲的，从而便于悬架210沿曲线路径移动，如将参照其它附图进一步说明的那样。

图3以立体图示出了图2的绕线装置的操作。在该图中，悬架的三个不同位置被一同示出。还针对这三个位置中的每一个绘出了线缆99。线缆99、99’、99”从起重机主滑轮150朝向绕线装置运行。当悬架210沿其轨道从左向右移动时，线缆99、99’、99”围绕供给点fp有效地“枢转”，如图所示。偏离角相对于线缆99、99’、99”的垂直位置而被限定，且因此在第一最大偏离角mfa和第二最大偏离角mfa’之间变化，如图所示。因此，具有线缆99的一中心位置P2，其中偏离角为零，即悬架210和线缆滑轮215位于供给点fp正下方，如图所示。随后，具有悬架210的第一极限位置P1，其中线缆用附图标记99’表示。最后，具有悬架210的第二极限位置P3，其中线缆用附图标记99”表示。

图4示出了图2的绕线装置的操作，不过是从不同的视角观看的。该图用于阐释曲线路径cp(如权利要求书中所提及的)。从图中可观察到，曲线路径cp沿循一圆形，其中心位于供给点fp。在图中还示出了线缆垂直地穿过该曲线路径cp而不受偏离角fa影响。绕线装置200与鼓式绞盘300一同确保线缆在鼓式绞盘300上的精确卷绕，并使线缆99和所述滑轮150(图1)、215的磨损最小，并且由于线缆滑轮215的弯曲的引导部而使得在线缆滑轮215上不产生侧向力(或侧向力可忽略)。从鼓式绞盘300离开的线缆99与该线缆接触到绕线装置200的线缆滑轮215的点之间的偏离角将不存在(或可忽略)。另外，从供给点fp离开的线缆99与到达线缆滑轮215(图1)的线缆之间的偏离角将不存在(或可忽略)。

图5示出了图2的绕线装置在操作使用中的一些其他细节。图6以侧视图进一步示出了图2的绕线装置的一些其他细节。在绕线装置200的操作使用中，来自线缆99的合力将经由线缆滑轮215、悬架210、推力梁220a、220b、引导框架230分配到船体基座250。由于液压缸240与推力梁滑动面(无杠杆臂)的同轴位置(in-line position)，使得来自液压缸240的侧向力将不会在悬架210上产生任何倾斜力(tilting force，倾斜力矩)。图6最佳地示出了这一点。

图7示出了处于中心位置P2的图2的绕线装置。图8示出了处于第二极限位置P3的图2的绕线装置。在该位置液压缸240完全缩回。图9示出了处于第一极限位置P1的图2的绕线装置。在该位置液压缸240处于完全冲程(stroked，伸展)状态。所有的相关部件均参照其它附图做了论述。

在对附图的描述中，已经阐释了具有线缆滑轮215的悬架210如何通过动力驱动机构(即液压缸)240而与鼓式绞盘旋转轴平行地被致动。为了避免任何非期望的线缆绳偏离角，悬架210布置成以起重机主滑轮150为中心做钟摆运动。由于这种布置，线缆滑轮215不受任何侧向力的作用。此外，由于线缆99与线缆滑轮215保持同轴，线缆(通常由钢制成)的寿命增长。动力驱动机构240优选地位于与推力梁220a、220b的中心同轴的位置，以避免在悬架210上阐释倾斜力。

应注意的是，上述实施例旨在阐释而非限制本发明，本领域技术人员将能够在不脱离随附的权利要求书的范围的情况下设计许多替代性实施例。在权利要求书中，位于括号内的任何附图标记不应构成对权利要求的限制。动词“包括”及其变形的使用并不排除权利要求中所述之外的元件或步骤的存在。元件前面的冠词“一”及其变形并不排除存在多个这样的元件。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施(特征)的事实并不表示这些措施的组合不能被用于获益。在列举了若干手段的装置权利要求中，这些手段中的若干个可以由同一个硬件物品来体现。

Claims

1.绕线装置(200)，其便利于将线缆(99、99’、99”)从供给点(fp)卷绕在鼓式绞盘(300)上，其特征在于，所述绕线装置(200)包括：

-框架(230)，和

-安装到所述框架(230)的悬架(210)，其中所述悬架(210)包括能旋转的线缆滑轮(215)，所述线缆滑轮(215)用以接收线缆(99、99’、99”)并用以将线缆(99、99’、99”)引导到所述鼓式绞盘(300)上的特定位置，其中具有所述线缆滑轮(215)的悬架(210)以沿曲线路径(cp)能滑动的方式安装到所述框架(230)上，其中所述曲线路径(cp)被选择为，使得在所述绕线装置(200)的操作使用中，来自所述供给点(fp)的所述线缆(99、99’、99”)的偏离角(fa)至少部分地被补偿，以便在所述线缆滑轮(215)的滑动运动期间减少所述线缆(99、99’、99”)在所述线缆滑轮(215)上的边缘效应。

2.根据权利要求1所述的绕线装置(200)，其中，所述曲线路径(cp)被限定为，在所述绕线装置(200)的操作使用中，使得所述偏离角(fa)随着所述线缆滑轮(215)的整个摆动基本上被补偿，因为在所述线缆滑轮(215)的滑动运动期间，所述线缆(99、99’、99”)与所述线缆滑轮(215)基本上保持在平面内。

3.根据权利要求2所述的绕线装置(200)，其中，在所述绕线装置(200)的操作使用中，随着所述线缆滑轮(215)的整个摆动，所述曲线路径(cp)为大体圆形的路径，其中心与所述供给点(fp)重合。

4.根据权利要求3所述的绕线装置(200)，其中，所述悬架(210)经由第一推力梁(220a)而被安装到所述框架(230)，其中所述第一推力梁(220a)包括弯曲轨道(220a1)，所述悬架(210)以能滑动的方式安装在所述弯曲轨道上。

5.根据权利要求4所述的绕线装置(200)，其中所述悬架(21)经由从所述第一推力梁(220b)偏移的第二推力梁(220b)而被进一步安装到所述框架(230)，其中所述第二推力梁(220b)包括第二弯曲轨道(220b1)，所述悬架(210)以能滑动的方式安装在所述第二弯曲轨道上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的绕线装置(200)，还包括安装到所述框架(230)的动力驱动机构(240)，例如液压缸，所述动力驱动机构(240)被联接到所述悬架(210)以便致动所述悬架(210)，用以控制所述悬架(210)在一个或多个所述轨道(220a1、220b1)上的位置。

7.起重机组件，包括起重机(100)和用于与所述起重机(100)配合的鼓式绞盘(300)，所述起重机组件进一步包括根据任一前述权利要求所述的绕线装置(200)，其中所述绕线装置(200)被置于所述起重机(100)与鼓式绞盘(300)之间，以便利于将线缆(99、99’、99”)卷绕在鼓式绞盘(300)上。

8.船舶，包括根据权利要求7所述的起重机组件。

9.根据权利要求8所述的船舶，其中所述起重机(100)置于所述船舶的甲板上，其中所述鼓式绞盘(300)置于所述甲板下方，并且其中所述绕线装置(200)置于所述甲板下方。