CN109774874B - 减振机构及缓冲缸式柔性连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋工程装备领域，尤其是涉及一种减振机构及缓冲缸式柔性连接装置，所述减振机构包括：十字铰接组件，所述十字铰接组件包括沿第一方向依次连接的近心铰支座、十字轴和远心铰支座；球形铰接组件，所述球形铰接组件包括球头连杆和具有球腔的球型铰支座，所述球头连杆的连杆部与所述远心铰支座固定连接，所述球头连杆的球头部铰接于所述球腔中。本发明同时采用了球铰和十字轴铰，与传统的刚性固定支架相比，增加了旋转自由度，消除了固定刚性连接时由于转动引起的交变弯矩，提高了对随机载荷和冲击的自适应能力，可大幅度降低疲劳损伤风险，保证立管的有效性。

Description

减振机构及缓冲缸式柔性连接装置

技术领域

本发明主要涉及海洋油气输送装置，属于海洋工程装备领域，尤其涉及一种减振机构及缓冲缸式柔性连接装置。

背景技术

深水油气开发一般采用浮式平台加深水立管的模式，常用的浮式平台包括：张力腿式平台(TLP)，单筒式平台(SPAR)，半潜式平台(SEMI)和浮式生产储油卸载平台(FPSO)等。

远海的油气生产系统模式为：(1)水下井口与TLP或SPAR或SEMI通过立管相连，然后通过输送管与FPSO或者其它油轮相连；(2)FPSO作为生产平台直接通过立管与水下井口相连；(3)水下生产系统与FPSO通过立管相连。

立管是海底油气从水下输送到海面之上的关键通道，深水油气开发与浅水一样均离不开立管这个十分关键的结构，深水立管中应用最为广泛且施工最为简单的是钢悬链线立管。海洋输油立管和FPSO处于复杂的海洋工作环境，经常受到强劲的风浪流等因素的影响，并且FPSO较大的升沉摇摆运动使得立管与FPSO传统的固定刚性连接处将承受较大的轴向冲击载荷以及弯扭等集中作用力，随机动载荷也会导致立管与FPSO连接处产生疲劳失效甚至破裂。立管疲劳损伤是一个慢速累积和不易被发现的失效形式，往往被忽视。但是，损伤累积到一定程度就可能突然发生断裂或者爆裂，造成大量的油气泄漏，引发严重的环境污染事故。

CN201710108632.3公开了一种控制海洋立管弯曲载荷分布的应力接头装置相关技术提供了一种应力接头装置，该应力接头装置通过在立管外壁周向间隔添加加强件和一对用于固定加强件的收紧箍，以防止立管端部由于刚性固定连接到海洋浮式平台上造成的集中应力，但是该装置没有改变立管与浮式平台的刚性连接方式，不能有效消除浮式平台与立管连接处的冲击载荷和较大的弯扭载荷。

因此，传统的立管与浮式平台的刚性固定连接方式容易造成立管疲劳失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减振机构及缓冲缸式柔性连接装置，以克服立管与浮式平台的刚性固定连接造成的立管失效问题。

本发明提供一种减振机构，所述减振机构包括：

十字铰接组件，所述十字铰接组件包括沿第一方向依次连接的近心铰支座、十字轴和远心铰支座；

球形铰接组件，所述球形铰接组件包括球头连杆和具有球腔的球型铰支座，所述球头连杆的连杆部与所述远心铰支座固定连接，所述球头连杆的球头部铰接于所述球腔中。

进一步地，所述球型铰支座包括球形铰支座本体，所述球形铰支座本体上设有C形口，所述C形口内形成有所述球腔，所述C形口的开口端设有C形弧面，所述C形口的中心线和所述C形弧面的中心线垂直设置。

进一步地，所述减振机构还包括弹性件和弹性件支座，所述弹性件连接在所述弹性件支座和所述球型铰支座之间。

本发明还提供一种缓冲缸式柔性连接装置，包括连接盘和多个根据本发明所述的减振机构，多个所述减振机构沿所述连接盘的外周间隔设置并均与所述连接盘连接，所述第一方向为沿所述连接盘的径向从所述连接盘的中心向外的方向。

进一步地，所述缓冲缸式柔性连接装置包括包裹在多个所述减振机构外的基础盘，所述基础盘包括环腔壁和沿所述环腔壁的周向设置的多个护筒，所述护筒沿所述第一方向延伸，多个所述球型铰支座一一对应伸入多个所述护筒内。

进一步地，每个所述护筒内设有沿所述第一方向延伸的滑槽，所述球型铰支座还包括设置在所述球形铰支座本体上的滑台，所述滑台滑动设置在所述滑槽内。

进一步地，所述缓冲缸式柔性连接装置还包括沿第一方向依次设置的中心球座和球头铰杆，所述第二方向为沿从所述基础盘的中心向所述连接盘的中心的方向；

所述中心球座与所述连接盘的中心固定连接，所述球头铰杆的球头部铰接与所述中心球座的球腔内，所述球头铰杆的铰杆部与所述连接盘连接。

进一步地，所述中心球座还包括圆锥口，沿第二方向，所述中心球座的球腔和所述圆锥口依次设置，并且沿第二方向，所述圆锥口的直径逐渐变大。

进一步地，所述球头铰杆的铰杆部与所述连接盘之间设有中心铰支座，所述中心铰支座的一端与所述球头铰杆的铰杆部铰接，另一端与所述连接盘固定连接。

进一步地，所述缓冲缸式柔性连接装置还包括与所述连接盘固定连接的C形叉，所述C形叉包括环壁，所述环壁为一个带豁口的倒置的圆台状环腔。

本发明提供的减振机构，用于立管与浮式平台之间的柔性连接。一方面，近心铰支座通过十字轴与远心铰支座铰接形成十字铰接组件，另一方面，远心铰支座与球头连杆固定连接，球头连杆通过其上设的球头部与球型铰支座上的球腔铰接形成球形铰接组件，本发明同时采用了球铰和十字轴铰，与传统的刚性固定支架相比，增加了旋转自由度，消除了固定刚性连接时由于转动引起的交变弯矩，提高了对随机载荷和冲击的自适应能力，可大幅度降低疲劳损伤风险，保证立管的有效性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的缓冲缸式柔性连接装置的结构示意图；

图2是拆除图1中的基础盘后的部分结构示意图，其中示出了本发明实施例的减振机构；

图3是图1中的C形叉的结构示意图；

图4是图1中的基础盘的结构示意图；

图5是本发明实施例的连接盘的结构示意图；

图6是本发明施例的中心球座的结构示意图；

图7是本发明施例的球头铰杆的结构示意图；

图8是本发明施例的中心铰支座的结构示意图；

图9是本发明施例的十字轴的结构示意图；

图10是本发明施例的球型铰支座的结构示意图；

图11是本发明施例的球头连杆的结构示意图；

图12是本发明施例的弹性件支座的结构示意图；

图13是本发明施例的减振机构的主视图。

图中：1、C形叉；101、螺纹孔；102、梅花柱；103、梯形台；104、环台；105、环壁；106、豁口；2、基础盘；200、环腔壁；201、护筒；202、滑槽；203、阶梯凹槽；204、螺纹杆；205、法兰孔；3、连接盘；301、通孔；302、中心螺纹杆；303、侧向螺纹杆；4、中心球座；401、圆锥口；402、球腔；403、阶梯孔；404、螺纹孔；5、销轴；6、球头铰杆；601、铰接孔；602、锥面；603、铰杆部；604、球头部；7、中心铰支座；701、螺纹孔；702、铰接孔；8、近心铰支座；9、十字轴；10、远心铰支座；11、球型铰支座；1101、C形弧面；1102、球腔；1103、C形口；1104、圆柱腔；1105、阶梯肩；1106、滑台；1107、连接圆柱；12、球头连杆；1201、螺纹杆；1202、连杆部；1203、球头部；13、弹性件；14、弹性件支座；1401、弹性件定位柱；1402、挡柱；15、螺栓。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明中，第一方向是指即图1和图2中，沿连接盘3的径向从连接盘3的中心向外的方向；第二方向是指即图1中，从基础盘2的中心向连接盘3的中心的方向，换言之，图1中，沿水平方向从左至右的方向。可见，第二方向与第一方向垂直。

本发明提供一种减振机构及缓冲缸式柔性连接装置，该缓冲缸式柔性连接装置包括本发明中的减振机构。

如图1至图13所示，该缓冲缸式柔性连接装置第一方向依次设置的连接盘3、近心铰支座8、十字轴9、远心铰支座10、球头连杆12、球型铰支座11、弹性件13、弹性件支座14。

该缓冲缸式柔性连接装置还包括沿第二方向依次设置的基础盘2、中心球座4、球头铰杆6、中心铰支座7、连接盘3、C形叉1。

该缓冲缸式柔性连接装置可以用于立管与浮式平台的柔性连接，例如FPSO与钢悬链线立管之间的连接，使用时，基础盘2与FPSO通过法兰固定连接，立管端部卡在C形叉1中。

根据本发明的一个方面，提供一种减振机构，参见图2、图9、图10和图11，该减振机构包括十字铰接组件和球形铰接组件，十字铰接组件包括沿第一方向依次连接的近心铰支座8、十字轴9和远心铰支座10；球形铰接组件包括球头连杆12(参见图11)和具有球腔1102的球型铰支座11(参见图10)，球头连杆12的连杆部1202与远心铰支座10固定连接，球头连杆12的球头部1203铰接于球腔1102中。其中，十字轴9的结构参见图9。

本发明提供的减振机构，用于立管与浮式平台之间的柔性连接。一方面，近心铰支座8通过十字轴9与远心铰支座10铰接形成十字铰接组件，另一方面，远心铰支座10与球头连杆12固定连接，球头连杆12通过其上设的球头部1203与球型铰支座11上的球腔1102铰接形成球形铰接组件，本发明同时采用了球铰和十字轴9，与传统的刚性固定支架相比，增加了旋转自由度，消除了固定刚性连接时由于转动引起的交变弯矩，提高了对随机载荷和冲击的自适应能力，可大幅度降低疲劳损伤风险，保证立管的有效性。

此外，本发明使用方便、可靠性高、可实现减缓立管与浮式平台连接处的疲劳损伤，大幅度减小立管和浮式平台连接处较大的集中作用力，降低立管失效概率，提升立管服役安全和服役寿命的装备。

其中，球头连杆12的连杆部1202与远心铰支座10固定连接，可以是螺纹连接、焊接、粘贴、卡接等固定连接方式。

优选地，如图11所示，球头连杆12包括依次固定连接的球头部1203、连杆部1202和螺纹杆1201。远心铰支座10包括螺纹孔，球头连杆12的螺纹杆1201与远心铰支座10的螺纹孔啮合，实现球头连杆12与远心铰支座10的固定连接。本优选实施例为螺纹连接，连接方便，牢固可靠。

优选地，如图10所示，球型铰支座11包括球形铰支座本体，球形铰支座本体上设有C形口1103，C形口1103内形成有球腔1102，C形口1103的开口端设有C形弧面1101，具体地，参见图10，C形口1103的上端开口处设有C形弧面1101，C形口1103的下端开口处也设有C形弧面1101。优选地，C形口1103的中心线和C形弧面1101的中心线垂直设置，换言之，C形口1103的深度方向为垂直于纸面，C形弧面1101的深度方向为平行于纸面。本实施例中，球型铰支座11上设有C形口1103，允许球头连杆12可以在球腔1102里沿着C形口1103的方向有较大幅度的摆动，同时C形弧面1101也可以允许球头连杆12向垂直于C形口1103或者与C形口1103的夹角为大于0°且小于90°的范围内的任何方向有较小幅度的摆动。

进一步地，参见图2，减振机构还包括弹性件13和弹性件支座14，弹性件13连接在弹性件支座14和球型铰支座11之间。本实施例中，近心铰支座8、十字轴9、远心铰支座10、球型铰支座11、球头连杆12、弹性件13、弹性件支座14一起构成一组减振机构。

弹性件13可以为弹簧、橡胶块、弹片等各种适合的弹性件13，优选地，如图2所示，弹性件13为弹簧。

在本实施例中，如图12所示，弹性件支座14包括呈阶梯设置的弹性件定位柱1401和挡柱1402。如图10所示，球型铰支座11包括铰支座本体，铰支座本体上设有连接圆柱1107和阶梯肩1105；弹性件13一端套设在连接圆柱1107上，一端套设在弹性件定位柱1401上，此外，弹性件13的一端被阶梯肩1105阻挡，另一端被挡柱1402之间。本实施例通过阶梯肩1105和挡柱1402一方面能够防止弹性件13脱落，另一方面能够对弹性件13进行挤压。

此外，如图11所示，球型铰支座11还包括设置在铰支座本体上的圆柱腔1104和滑台1106。其中，圆柱腔1104用于连接C形口1103和阶梯肩1105。滑台1106将在下文描述。在图10中，C形口1103、圆柱腔1104、阶梯肩1105、滑台1106、连接圆柱1107从左向右依次设置，即沿第一方向依次设置。

根据本发明的另一方面，提供一种缓冲缸式柔性连接装置，如图2所示，该缓冲缸式柔性连接装置包括连接盘3和多个根据本发明的减振机构，多个减振机构沿连接盘3的外周间隔设置并均与连接盘3连接，第一方向为沿连接盘3的径向从连接盘3的中心向外的方向。优选地，多个减振机构沿连接盘3的周向均匀设置。

具体地，多个减振机构与连接盘3固定连接，可以是螺纹连接、焊接、粘贴、卡接等固定连接方式。在本实施例中，连接盘3上设有侧向螺纹杆303，通过侧向螺纹杆303与近心铰支座8固定连接。

其中，减振机构的个数可以根据需要设置，可以为两个，三个、四个、五个、六个、七个、八个等等。本发明以五个为例进行说明。

当减振机构为五个时，优选地，连接盘3呈梅花形状，参见图5。

本实施例中，连接盘3上设有与近心铰支座8螺纹连接的5根侧向螺纹杆303，一共5组减振机构，360°均布于连接盘3的周边，确保了装置的对称性和稳定性，可以自适应和缓冲多朝向复杂随机载荷的作用。

本发明通过上述提到的减振机构以及减振机构呈海星状的巧妙布置，可以有效地减轻风浪流等随机载荷引起的冲击，同时由于解除了部分移动和旋转约束，使得该装置能有效地消除集中载荷，特别是立管端部较大的弯矩。

在本实施例中，缓冲缸式柔性连接装置还可以包括包裹在多个减振机构外的基础盘2，基础盘2包括环腔壁200和沿环腔壁200的周向设置的多个护筒201，护筒201沿第一方向延伸，多个球型铰支座11一一对应伸入多个护筒201内。球型铰支座11可以在护筒201内移动。

在本发明的优选实施例中，减振机构还包括弹性件13和弹性件支座14，弹性件13连接在弹性件支座14和球型铰支座11之间。此时，球型铰支座11、弹性件13和弹性件支座14均设置在护筒201内。

优选地，每个护筒201内设有沿第一方向延伸的滑槽202，如图10所示，球型铰支座11还包括设置在球形铰支座本体上的滑台1106，滑台1106滑动设置在滑槽202内。

护筒201为带有滑槽202的圆柱形腔体，滑槽202沿护筒201的深度方向延伸，用于安置球型铰支座11、弹性件13和弹性件支座14，优选地护筒201与环腔壁200为一个整体，滑槽202与滑台1106相配合，为球型铰支座11定位和导向，球型铰支座11的滑台1106与护筒201里面的滑槽202相配合，使球型铰支座11只能沿滑槽202的长度方向定向滑移，不能在护筒201内绕护筒201的轴线转动，限制了球型铰支座11在护筒201里面的转动，固定了C形口1103的朝向，限定了球头连杆12大幅度摆动的方向，进而确定连接盘3可以有相对自由的平面运动。

具体地，基础盘2还包括与环腔壁200间隔设置的法兰盘，法兰盘上设有法兰孔205；用于与FPSO上的固定架相连接。更具体地，基础盘2上还包括连接在环腔壁200与法兰盘之间的阶梯凹槽203。

在本实施例中，如图2所示，缓冲缸式柔性连接装置还包括沿第一方向依次设置的中心球座4和球头铰杆6，第二方向为沿从基础盘2的中心向连接盘3的中心的方向；中心球座4与连接盘3的中心固定连接，球头铰杆6的球头部604铰接与中心球座4的球腔402内，球头铰杆6的铰杆部603与连接盘3连接。球头铰杆6上的球头部604安置于球腔402中，球头铰杆6类似一根“脐带”，对连接盘3有牵引和限制作用。

如图6所示，优选地，中心球座4还包括圆锥口401，沿第二方向，中心球座4的球腔402和圆锥口401依次设置，并且沿第二方向，圆锥口401的直径逐渐变大。优选地，圆锥口401的大圆半径为球腔402的半径的4/5倍，小圆半径为球腔402的半径的3/5倍，可以保证球头铰杆6有一定的摆动。

其中，中心球座4与基础盘2固定连接，可以是螺纹连接、焊接、粘贴、卡接等固定连接方式。

具体地，中心球座4上还包括设有螺纹孔404，用于连接固定中心球座4；基础盘2上设有螺纹杆204，螺纹孔404与基础盘2上的螺纹杆204螺纹连接。本优选实施例为螺纹连接，连接方便，牢固可靠。螺纹杆204优选位于基础盘2底部的正中心。

中心球座4上还包括阶梯孔403；沿第二方向圆锥口401、球腔402、阶梯孔403、螺纹孔404依次设置；阶梯孔403用于连接球腔402和螺纹孔404。

在本实施例中，球头铰杆6的铰杆部603与连接盘3之间设有中心铰支座7，中心铰支座7的一端与球头铰杆6的铰杆部603铰接，另一端与连接盘3固定连接。

其中，如图8所示，中心铰支座7上设有螺纹孔701和铰接孔702，连接盘3上设有中心螺纹杆302，中心铰支座7通过螺纹孔701与连接盘3上的中心螺纹杆302螺纹连接。球头铰杆6上设有铰接孔601，中心铰支座7通过铰接孔702与球头铰杆6上铰接孔601通过销轴5(参见图1和图2)铰接。可选地，球头铰杆6上还设有锥面602，锥面602位于铰接孔601和铰杆部603之间，锥面602起到过渡作用，防止应力集中。

本实施例中，连接盘3与中心铰支座7固定连接，中心铰支座7与球头铰杆6铰接，球头铰杆6通过其上设的球头部604与中心球座4的球腔402铰接，使得连接盘3不能向基础盘2底部方向移动。一方面，可以防止连接盘3大幅度外移(即不能沿图1中的水平方向向右移动)而牵扯球型铰支座11脱离护筒201，引发安全事故；另一方面，也防止连接盘3大幅度内移(即不能沿图1中的水平方向向右移动)而猛烈碰撞基础盘2的底部。

在本实施例中，缓冲缸式柔性连接装置还包括与连接盘3固定连接的C形叉1，如图12所示，C形叉1包括环壁105，环壁105为一个带豁口106的倒置的圆台状环腔。环壁105的上端直径大于下端直径，其内表面与圆台状立管顶端形状吻合。具体地，豁口106的宽度(即沿环壁105的周向方向上的尺寸)为1.5～2倍的立管外径。

优选地，C形叉1还包括位于连接在环壁105的下部的环台104，环台104为环壁105下部的一圈小台阶，起到支撑立管端的作用，也可以防止立管端部滑脱。

具体地，C形叉1上设有螺纹孔101、梅花柱102和梯形台103。

本实施例中，C形叉1上的梅花柱102为5根圆柱的融合体，其上设有5个螺纹孔101，梅花柱102与连接盘3具有相同的结构轮廓。

其中，连接盘3上设有通孔301，用于与C形叉1固定连接。在图5所示的实施例中，连接盘3上共设有5个通孔301，用于通过螺栓15与C形叉1固定连接。

其中，梯形台103位于梅花柱102与环壁105之间，起到过渡连接的作用。

使用时，立管的圆台状端部卡如C形叉1内，基础盘2通过法兰孔205与浮式平台连接。

如图1、图2和图13所示，本发明的一种缓冲缸式柔性连接装置的工作原理：

其一，若C形叉1相对于FPSO上下运动，则C形叉1将会带动连接盘3上下移动，下移则连接盘3带动近心铰支座8、十字轴9和远心铰支座10下移，进而推动球头连杆12和球型铰支座11下移，压缩弹性件13a，直至平衡，与此同时，减振机构b、c、d和e的球头连杆12均沿着C形口1103下摆，弹性件13b和弹性件13e均被小幅度压缩，与弹性件13a承担连接盘3下移的压力，但是，弹性件13c和弹性件13d不受力，对应的球型铰支座11向护筒201的端口方向移动，立管向其它方向平移时具有相似的原理。

具体而言，如果FPSO在风浪流作用下有较大幅度的升沉运动，特别地，FPSO上升运动时，则立管的滞后跟随运动引起C形叉1相对于基础盘2向下运动，即为连接盘3向下移动，进而迫使减振机构a的弹性件13a被压缩，同时减振机构b的弹性件13b和减振机构e的弹性件13e被小幅度压缩，则减振机构b和c的球头连杆12沿着相应的C形口1103顺时针旋转，而减振机构d和e的球头连杆12沿着相应的C形口1103逆时针旋转，减振机构a的球头连杆12不偏转并且正压于圆柱腔1104上，球型铰支座11上的滑台1106在基础盘2上的滑槽202的限制下向下滑移，弹性件13被压缩到一定程度而平衡如图13所示。

其二，若FPSO与立管的运动形式为二者相对于球头铰杆6的轴线为旋转，则连接盘3相对于基础盘2旋转，并带动近心铰支座8旋转，而远心铰支座10与球头连杆12一同绕着球型铰支座11的球腔1102中心沿经C形口1103反向旋转。

具体而言，如果立管相对于FPSO顺时针旋转，由于立管端部卡在C形叉1中，C形叉1与连接盘3固定连接，基础盘2与FPSO通过法兰固定连接，则连接盘3相对于基础盘2为顺时针转动，并带动近心铰支座8顺时针旋转，由于十字轴9连接近心铰支座8和远心铰支座10，而远心铰支座10与球头连杆12螺纹固定连接，进而远心铰支座10与球头连杆12绕着球型铰支座11的球腔1102中心沿经C形口1103逆时针转动，当立管相对于FPSO逆时针旋转时，运动情况为相反的结果。

其三、若C形叉1为下倾状旋转，连接盘3带动abe三组减振机构的近心铰支座8朝向基础盘2底部靠近，带动cd两组减振机构的近心铰支座8远离基础盘2底部，由于近心铰支座8和远心铰支座10通过十字轴9铰接，远心铰支座10与球头连杆12螺纹固定连接，又由于球型铰支座11上设有C形弧面1101，则允许远心铰支座10与球头连杆12绕着球型铰支座11的球腔1102中心向垂直于C形口1103的方向有小范围转动，若连接盘3要进一步转动，势必引起球型铰支座11下移而压缩弹性件13a、13b和13e，由于弹性件13a、13b和13e的弹性系数较大，可以蕴藏较大势能，当被压缩到一定程度时，球型铰支座11停止移动而达到平衡状态，若C形叉1为上倾状翻转，则具有相似的工作原理。

具体而言，若C形叉1相对于基础盘2为下倾状旋转，如图13，连接盘3带动abe三组减振机构的近心铰支座8朝向基础盘2底部靠近，而带动cd两组减振机构的近心铰支座8远离基础盘2底部，由于近心铰支座8和远心铰支座10通过十字轴9铰接，远心铰支座10与球头连杆12螺纹固定连接，又由于球型铰支座11上设有C形弧面1101，则允许远心铰支座10与球头连杆12绕着球型铰支座11的球腔1102中心向垂直于C形口1103的方向有小范围转动，由于球型铰支座11上的C形弧面1101相对于C形口1103的尺度小很多，则球头连杆12不能有向垂直于C形口1103的方向大幅度转动，若连接盘3要进一步下倾，其势必引起球型铰支座11下移而压缩弹性件13a、13b和13e，由于弹性件13a、13b和13e的弹性系数较大，可以蕴藏较大势能，当被压缩到一定程度时，球型铰支座11停止移动而达到平衡状态，若C形叉1为上倾转，或者向其它方向倾转，可以同理分析。

与现有技术相比，本发明提供的缓冲缸式柔性连接装置的优点如下：

1、本发明提供的缓冲缸式柔性连接装置，如果风浪流引起的FPSO与立管的运动形式为二者相对于球头铰杆的轴线为旋转，假设立管相对于FPSO顺时针旋转(逆时针转动与顺时针同样道理)，由于基础盘与FPSO通过法兰固定连接，立管端部卡在C形叉中，则表现为连接盘相对于基础盘为顺时针旋转，并带动近心铰支座顺时针旋转，由于十字轴连接近心铰支座和远心铰支座，而远心铰支座与球头连杆螺纹固定连接，进而远心铰支座与球头连杆绕着球型铰支座的球腔中心沿经C形口逆时针转动，该装置与传统的固定支架相比，增加了旋转自由度，消除了固定刚性连接时由于转动引起的交变弯矩，可大幅度降低疲劳损伤风险。

2、本发明提供的缓冲缸式柔性连接装置，当风浪流引起FPSO有大幅度摇摆时，装置允许FPSO与立管相对于销轴5的轴线(销轴5的轴线为水平状态)转动，并且可以减缓转动引起的冲击载荷。例如，若C形叉为下倾状旋转，连接盘带动abe三组减振机构的近心铰支座朝向基础盘底部靠近，带动cd两组减振机构的近心铰支座远离基础盘底部，由于近心铰支座和远心铰支座通过十字轴铰接，远心铰支座与球头连杆螺纹固定连接，又由于球型铰支座上设有C形弧面，则允许远心铰支座与球头连杆绕着球型铰支座的球腔中心向垂直于C形口的方向有小范围转动，由于球型铰支座上的C形弧面相对于C形口的尺度小很多，则不允许球头连杆有垂直于C形口的方向大范围转动，若连接盘要进一步转动，势必引起球型铰支座下移而压缩弹性件13a、13b和13e，由于弹性件13a、13b和13e的弹性系数较大，可以蕴藏较大势能，当被压缩到一定程度时，球型铰支座停止移动而达到平衡状态，进而可以有效缓冲FPSO的摇摆对立管端部的冲击。若C形叉为上倾状旋转，同理分析可知，该装置同样可以缓冲冲击，分散较大的弯矩，提高疲劳寿命。

3、本发明提供的缓冲缸式柔性连接装置，当风浪流引起FPSO和立管有较大的升沉运动，例如，FPSO突然上升，安置于C形叉中的立管由于惯性将滞后于FPSO上升，则立管会对C形叉产生向下的动载力，C形叉通过连接盘把力传递给减振机构a、减振机构b和减振机构e的球型铰支座，球型铰支座向护筒底部滑移，进而弹性件13a、弹性件13b和弹性件13e被压缩。与传统的固定式刚性连接相比，可以大大减缓和分散作用于立管端部的冲击。同理，不管FPSO与立管向哪个方向相对移动，总有2个或者3个减振机构的弹性件被压缩而缓冲冲击。

4、本发明提供的缓冲缸式柔性连接装置，五组减振机构成海星状的中心对称分布结构，允许C形叉与连接盘作为一个整体做平移、定轴转动以及平面运动，又由于减振机构同时采用了球铰和十字轴铰，则又可以允许C形叉与连接盘作为一个整体而做小范围的空间运动，并且缓冲相应的冲击。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种缓冲缸式柔性连接装置，其特征在于，包括连接盘和多个减振机构；减振机构包括：

十字铰接组件，所述十字铰接组件包括沿第一方向依次连接的近心铰支座、十字轴和远心铰支座；

球形铰接组件，所述球形铰接组件包括球头连杆和具有球腔的球型铰支座，所述球头连杆的连杆部与所述远心铰支座固定连接，所述球头连杆的球头部铰接于所述球腔中；

所述球型铰支座包括球形铰支座本体，所述球形铰支座本体上设有C形口，所述C形口内形成有所述球腔，所述C形口的开口端设有C形弧面，所述C形口的中心线和所述C形弧面的中心线垂直设置；

减振机构还包括弹性件和弹性件支座，所述弹性件连接在所述弹性件支座和所述球型铰支座之间；

多个所述减振机构沿所述连接盘的外周间隔设置并均与所述连接盘连接，所述第一方向为沿所述连接盘的径向从所述连接盘的中心向外的方向；

还包括包裹在多个所述减振机构外的基础盘，所述基础盘包括环腔壁和沿所述环腔壁的周向设置的多个护筒，所述护筒沿所述第一方向延伸，多个所述球型铰支座一一对应伸入多个所述护筒内；

每个所述护筒内设有沿所述第一方向延伸的滑槽，所述球型铰支座还包括设置在所述球形铰支座本体上的滑台，所述滑台滑动设置在所述滑槽内；基础盘还包括与环腔壁间隔设置的法兰盘，法兰盘上设有法兰孔，用于与浮式平台上的固定架相连接；

还包括与所述连接盘固定连接的C形叉，所述C形叉包括环壁，所述环壁为一个带豁口的倒置的圆台状环腔。

2.根据权利要求1所述的缓冲缸式柔性连接装置，其特征在于，还包括沿第二方向依次设置的中心球座和球头铰杆，所述第二方向为沿从所述基础盘的中心向所述连接盘的中心的方向；

所述中心球座与所述连接盘的中心固定连接，所述球头铰杆的球头部铰接与所述中心球座的球腔内，所述球头铰杆的铰杆部与所述连接盘连接。

3.根据权利要求2所述的缓冲缸式柔性连接装置，其特征在于，所述中心球座还包括圆锥口，沿第二方向，所述中心球座的球腔和所述圆锥口依次设置，并且沿第二方向，所述圆锥口的直径逐渐变大。

4.根据权利要求2所述的缓冲缸式柔性连接装置，其特征在于，所述球头铰杆的铰杆部与所述连接盘之间设有中心铰支座，所述中心铰支座的一端与所述球头铰杆的铰杆部铰接，另一端与所述连接盘固定连接。