CN109795634B - 连杆调节式柔性托架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋工程装备领域，尤其涉及一种连杆调节式柔性托架。连杆调节式柔性托架包括：护盘、位于护盘内的连接盘和安装在护盘和连接盘之间的多个四连杆机构，多个四连杆机构沿护盘的内周间隔设置；每个四连杆机构分别具有第一铰接轴、第二铰接轴、第三铰接轴和第四铰接轴，同一四连杆机构的第一铰接轴与第三铰接轴之间通过弹性件连接，每个第二铰接轴均与护盘连接，每个第四铰接轴与连接盘连接；每个四连杆机构中的第一铰接轴还与相邻的两个四连杆机构中最近的那个第三铰接轴通过第二弹性件连接。本发明能够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。

Description

连杆调节式柔性托架

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，尤其涉及一种连杆调节式柔性托架。

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(船)式生产储油卸载平台(FPSO)等。立管是海底油气从水下输送到海面之上的关键通道，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。海洋输油立管和浮式平台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，并且浮式平台与立管之间的运动形式不一致，容易导致立管与平台连接处产生疲劳失效甚至破裂。立管疲劳损伤是一种慢速累积和不易被发现的失效，这往往被忽视。但是，损伤累积到一定时间就可能突然发生断裂或者爆裂，结果可能造成大量的油气泄漏，引发严重的环境污染事故。如果遇到台风，平台会在强烈的载荷作用下产生较大的位移，则平台摇摆幅度过大会造成立管与平台连接处承受非常大的弯矩，可能造成立管被弯折，平台过大的升沉幅值也会引起立管发生屈曲变形破坏。

应力接头装置(马刚，徐立新，孙丽萍，等；一种控制海洋立管弯曲载荷分布的应力接头装置[P]，中国：CN201710108632.3，2017-06-20)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连接方式容易导致立管与平台连接处容易失效，立管和浮式平台连接处有较大的集中作用力，立管失效概率大，服役安全和服役寿命低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种使用方便、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连杆调节式柔性托架。

本发明提供一种连杆调节式柔性托架，包括：护盘、位于所述护盘内的连接盘和安装在所述护盘和连接盘之间的多个四连杆机构，多个所述四连杆机构沿所述护盘的内周间隔设置；

每个四连杆机构分别具有第一铰接轴、第二铰接轴、第三铰接轴和第四铰接轴，同一四连杆机构的所述第一铰接轴与所述第三铰接轴之间通过弹性件连接，每个所述第二铰接轴均与所述护盘连接，每个所述第四铰接轴与所述连接盘连接；

每个所述四连杆机构中的第一铰接轴还与相邻的两个四连杆机构中最近的那个第三铰接轴通过第二弹性件连接。

进一步地，所述第一弹性件和第二弹性件均为弹簧，且所述第一弹性件的长度小于所述第二弹性件的长度。

进一步地，所述护盘的内周壁上设有多个连接耳板，多个所述连接耳板与多个四连杆机构一一对应设置；每个所述四连杆机构中的第二铰接轴与对应的所述连接耳板连接。

进一步地，所述四连杆机构为菱形四连杆机构。

进一步地，多个所述连接耳板的厚度均与所述连接盘的厚度相等；所述四连杆机构中的四个连杆的厚度也均相等；多个所述第一弹性件和多个所述第二弹性件均位于同一平面上。

进一步地，每个所述四连杆机构包括两个平连杆和两个折形连杆，同一四连杆机构中的两个所述平连杆位于对应的所述连接耳板的两侧并与该连接耳板连接，同一四连杆机构中的两个所述折形连杆位于所述连接盘的两侧并与所述连接盘连接；

每个所述折形连杆包括呈折形设置的长直臂和短直臂，每个所述长直臂与所述第四铰接轴连接，每个所述短直臂与所述平直臂连接，以使所述长直臂和平连杆处于同一平面中。

进一步地，所述连杆调节式柔性托架还包括大头螺栓和挡盘，所述护盘的底板上设有通孔，所述大头螺栓包括端盖和杆部，所述大头螺栓的杆部依次穿过所述护盘的通孔、挡盘和连接盘，所述端盖和所述挡盘分别位于所述护盘的底板的两侧，并且所述大头螺栓的端盖和所述挡盘形成大于所述护盘的底板的厚度的凹槽。

进一步地，所述通孔为圆孔，所述通孔的直径大于所述大头螺栓的杆部的直径。

进一步地，所述连杆调节式柔性托架还包括用于与立管连接的托叉，所述托叉与所述连接盘固定连接。

进一步地，所述连杆调节式柔性托架还包括用于与浮式平台连接的支架，所述护盘与所述支架铰接。

本发明通过多个第一弹性件、多个第二弹性件、多个四连杆机构、连接盘和护盘连接而形成连杆式自动调节机构。一方面，四连杆机构为铰接机构，能够发生变形，并允许第一铰接轴、第二铰接轴、第三铰接轴和第四铰接轴分别连接的部件之间发生相对转动，从而缓冲立管和浮式平台连接处的集中作用力；另一方面，第一弹性件和第二弹性件能够通过自身形变吸收振动，进一步，缓冲立管和浮式平台连接处的集中作用力。本发明可以用于任何海上油气输送管道与浮式平台的连接，与固定式刚性连接托架相比，本发明使用方便、可靠性高、可以消除因风浪流引起的立管与浮式平台之间的交变集中载荷，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。

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是本发明的连杆调节式柔性托架的总体结构示意图；

图2是本发明的连杆调节式柔性托架的连杆式自动调节机构的结构示意图；

图3是本发明的连杆调节式柔性托架的护盘、连接盘、第四铰接轴、挡盘、大头螺栓装配关系示意图；

图4是本发明的连杆调节式柔性托架的护盘、挡盘、大头螺栓装配关系示意图；

图5是本发明的连杆调节式柔性托架的护盘和大头螺栓装配关系示意图；

图6是本发明的连杆调节式柔性托架的后部装配关系示意图；

图7是本发明的连杆调节式柔性托架的C形托叉结构示意图；

图8是本发明的连杆调节式柔性托架的护盘示意图；

图9是本发明的连杆调节式柔性托架的第一铰接轴示意图；

图10是本发明的连杆调节式柔性托架的第二铰接轴示意图；

图11是本发明的连杆调节式柔性托架的第三铰接轴示意图；

图12是本发明的连杆调节式柔性托架的折形连杆示意图；

图13是本发明的连杆调节式柔性托架的连接盘示意图；

图14是本发明的连杆调节式柔性托架的挡盘示意图；

图15是本发明的连杆调节式柔性托架的大头螺栓示意图；

图16是本发明的连杆调节式柔性托架的支架示意图。

图中：1、C形托叉；101、豁口；102、环台；103、领圈；104、方凸台；105、柱台；106、大螺纹孔；107、小螺纹孔；2、护盘；201、连接耳板；202、耳板孔；203、铰接轴；204、环板；205、圆孔；206、底板；3、长弹簧；4、第一铰接轴；41、第一铰轴；42、第一轴盖；43、第一销子；5、第二铰接轴；51、第二铰轴；52、第二轴盖；53、第二销子；6、第三铰接轴；61、第三铰轴；62、第三轴盖；63、第三销子；7、平连杆；8、折形连杆；801、第一通孔；802、长直臂；803、第二通孔；804、短直臂；9、短弹簧；10、连接盘；1001、花瓣耳板；1002、铰轴孔；1003、方形豁口；1004、大通孔；1005、固定螺栓孔；11、第四铰接轴；12、挡盘；1201、通孔；1202、环台；1203、圆盘；13、大头螺栓；1301、螺纹杆；1302、柱杆；1303、端盖；1304、六角台；14、固定螺栓；15、支架；1501、法兰孔；1502、法兰盘；1503、楔形筋板；1504、铰支孔。

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，本发明提供的连杆调节式柔性托架可以用于浮式平台支撑立管，例如FPSO支撑钢悬链线立管。

本发明提供一种连杆调节式柔性托架，包括：护盘2、位于护盘2内的连接盘10和安装在护盘2和连接盘10之间的多个四连杆机构，多个四连杆机构沿护盘2的内周间隔设置；每个四连杆机构分别具有第一铰接轴4、第二铰接轴5、第三铰接轴6和第四铰接轴11，同一四连杆机构的第一铰接轴4与第三铰接轴6之间通过弹性件连接，每个第二铰接轴5均与护盘2连接，每个第四铰接轴11与连接盘10连接；每个四连杆机构中的第一铰接轴4还与相邻的两个四连杆机构中最近的那个第三铰接轴6通过第二弹性件连接。

使用时，护盘2通过支架15与浮式平台相连，连接盘10与立管相连。

本发明通过多个第一弹性件、多个第二弹性件、多个四连杆机构、连接盘10和护盘2连接而形成连杆式自动调节机构。一方面，四连杆机构为铰接机构，能够发生变形，并允许第一铰接轴、第二铰接轴、第三铰接轴和第四铰接轴分别连接的部件之间发生相对转动，从而缓冲立管和浮式平台连接处的集中作用力；另一方面，第一弹性件和第二弹性件能够通过自身形变吸收振动，进一步，缓冲立管和浮式平台连接处的集中作用力。本发明可以用于任何海上油气输送管道与浮式平台的连接，与固定式刚性连接托架相比，本发明使用方便、可靠性高、可以消除因风浪流引起的立管与浮式平台之间的交变集中载荷，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。

具体地，第一铰接轴4、第二铰接轴5、第三铰接轴6以及第四铰接轴11均由铰轴、轴盖和销子构成；护盘2通过铰接轴与支架15铰接，支架15通过其上设有的法兰盘1502与浮式平台相连。

其中，四连杆机构的数量可以根据需要设置，例如为两个，三个、四个、五个、六个、七个、八个等等。连接盘10的形成可以根据需要设置，不影响连接盘10的功能。当四连杆机构为六个时，如图2所示，优选地，连接盘10为梅花形连接盘10。6条长弹簧3、6条短弹簧9、12根平连杆7、12根折形连杆8、梅花连接盘10、护盘2以及6套第一铰接轴4、第二铰接轴5、第三铰接轴6和第四铰接轴11连接而形成连杆式自动调节机构。

其中，第一弹性件和第二弹性件可以为弹簧、弹片、橡胶等各种适合的结构。优选地，如图2所示，第一弹性件和第二弹性件均为弹簧，且第一弹性件的长度小于第二弹性件的长度。

为了方便护盘2与四连杆机构的连接，在本实施例中，护盘2的内周壁上设有多个连接耳板201，多个连接耳板201与多个四连杆机构一一对应设置；每个四连杆机构中的第二铰接轴5与对应的连接耳板201连接。

在本发明中，只要是四连杆机构，便能通过四连杆机构的变形来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。优选地，四连杆机构为菱形四连杆机构，即，平行四边形机构，这种机构变形更平稳，更均匀。

为了便于四边形机构能够顺畅地运作，优选地，多个连接耳板201的厚度均与连接盘10的厚度相等；四连杆机构中的四个连杆的厚度也均相等；多个第一弹性件和多个第二弹性件均位于同一平面上。

四连杆机构由四个连杆组成，四个连杆可以都是直杆。为了增强力传递的平稳性，优选地，每个四连杆机构包括两个平连杆7和两个折形连杆8，同一四连杆机构中的两个平连杆7位于对应的连接耳板201的两侧并与该连接耳板201连接，同一四连杆机构中的两个折形连杆8位于连接盘10的两侧并与连接盘10连接；每个折形连杆8包括呈折形设置的长直臂802和短直臂804，每个长直臂802与第四铰接轴11连接，每个短直臂804与平直臂连接，以使长直臂802和平连杆7处于同一平面中。

进一步地，连杆调节式柔性托架还包括大头螺栓13和挡盘12，护盘2的底板206上设有通孔，大头螺栓13包括端盖1303和杆部，大头螺栓13的杆部依次穿过护盘2的通孔、挡盘12和连接盘10，端盖1303和挡盘12分别位于护盘2的底板206的两侧，并且大头螺栓13的端盖1303和挡盘12形成大于护盘2的底板206的厚度的凹槽。在图15所示的具体实施方式中，端盖1303可以为圆饼盖。大头螺栓13的杆部包括柱杆1302和与柱杆1302连接的螺纹杆1301。

通孔可以为方孔、圆孔、椭圆孔、多边形孔等各种适合的形状。优选地，如图8所示，通孔为圆孔205，通孔的直径大于大头螺栓13的杆部的直径，以便于连接盘10、挡盘12、和大头螺栓13形成的整体可以沿该圆孔205的半径辐射的任何方向移动，进而360°方向都可以减缓立管和浮式平台之间的冲击。

为了方便连接盘10与立管相连，连杆调节式柔性托架还包括用于与立管连接的托叉，托叉与连接盘10固定连接。具体地，可以焊接、螺栓连接等。在图7所示的实施例中，托叉具体为C形托叉1。

为了方便护盘2与浮式平台相连，连杆调节式柔性托架还包括用于与浮式平台连接的支架15。优选地，护盘2与支架15铰接。本发明的连杆调节式柔性托架，护盘2与支架15铰链连接，支架15与FPSO通过法兰固定连接，则FPSO绕着支架15铰支轴轴线的转动不会对立管产生大的影响，与传统的固定式刚性支架15相比，解除了旋转约束，进而消除了绕支架铰支轴线方向的弯矩，进一步提升立管服役安全和服役寿命。

图1至图16示出了本发明的连杆调节式柔性托架的一种实施例，如图1至图16所示，该柔性托架包括C形托叉1、护盘2、长弹簧3、第一铰接轴4、第二铰接轴5、第三铰接轴6、平连杆7、折形连杆8、短弹簧9、连接盘10、第四铰接轴11、挡盘12、大头螺栓13、固定螺栓14和支架15。如图7所示，C形托叉1上设有豁口101、环台102、领圈103、方凸台104、柱台105、大螺纹孔106、小螺纹孔107。护盘2上设有连接耳板201、耳板孔202、铰接轴203、环板204、圆孔205和底板206；第一铰接轴4包括第一铰轴41、第一轴盖42和第一销子43，第一铰接轴4上还设有用于隔离平连杆7、折形连杆8与长弹簧3、短弹簧9的环台，第一铰轴41、第一轴盖42均设有用于安放第一销子43的销孔；第四铰接轴11与第二铰接轴5具有相同的结构，第二铰接轴5包括第二铰轴51、第二轴盖52和第二销子53，第二铰轴51和第二轴盖52上设有用于安放第二销子53的销孔；第三铰接轴6包括第三铰轴61、第三轴盖62和第三销子63，第三铰轴61上设有用于隔离平连杆7、折形连杆8与长弹簧3、短弹簧9的环台，第三铰轴61和第三轴盖62上均设有用于安放第三销子63的销孔；折形连杆8上设有第一通孔801、长直臂802、第二通孔803和短直臂804；连接盘10上设有花瓣耳板1001、用于安装第四铰接轴11的铰轴孔1002、方形豁口1003、用于安放大头螺栓13的大通孔1004和固定螺栓孔1005；挡盘12上设有通孔1201、环台1202和圆盘1203；大头螺栓13上设有螺纹杆1301、柱杆1302、端盖1303和六角台1304；固定螺栓14用于连接连接盘10和C形托叉1；支架15上设有法兰孔1501、法兰盘1502、楔形筋板1503和铰支孔1504。

使用时，护盘2通过铰接轴203与支架15铰接，支架15通过其上设有的法兰盘1502与FPSO船体相连，连接盘10与C形托叉1，立管放置在C形托叉1上。

该结构中，C形托叉1上设有一个宽度大于立管直径的豁口101，该豁口101为立管端部放置于C形托叉1内时立管经过的通道，同时，为便于稳定地支撑立管的锥台形端部，C形托叉1上也设有环台102，也设有分别与大头螺栓13和连接盘10连接用的大螺纹孔106和小螺纹孔107；护盘2上设有6个圆周均布排列的用于安置第二铰接轴5的耳板孔202，也设置了用于与支架15铰接能增加装置自由度的铰接轴203，护盘2通过铰接轴203与支架15铰接，在底板206正中央设有一个直径较大的圆孔205，该圆孔205为大头螺栓13提供了运动空间。

具体地，每个四连杆机构中，2根平连杆7和2根折形连杆8通过第一铰接轴4、第二铰接轴5、第三铰接轴6和第四铰接轴11连接形成一个菱形四杆机构，短弹簧9位于菱形的短对角线上，一端连接第一铰轴41另一端连接第三铰轴61。任意相邻的两个菱形四杆机构的第一铰轴41与第一铰轴41为邻，第三铰轴61与第三铰轴61为邻，长弹簧3用于两个相邻菱形四杆机构的第一铰轴41与第一铰轴41相连或者第三铰轴61与第三铰轴61相连。第一铰接轴4、第二铰接轴5、第三铰接轴6和第四铰接轴11具有相似的结构和组成部分，并且第二铰接轴5和第四铰接轴11属于同一结构形式的组件。铰接轴是一定形状的阶梯轴及其端盖被销子连接而成的特殊结构形式的销轴结构，其所连接的零件均可以绕着销轴旋转，以第一铰轴41为例，其上的轴肩把轴分为两个部分，离第一轴盖42较近的一段较细的轴段用于连接平连杆7和折形连杆8，离第一轴盖42较远的那段较细的轴段用于连接长弹簧3和短弹簧9，同理，其它销轴具有相同的功能。平连杆7一端与护盘2上的连接耳板201相连，并且分别被安置于连接耳板201两侧，一端通过第一铰接轴4或者第三铰接轴6与折形连杆8相连；折形连杆8上设有用来通过第四铰接轴11与连接盘10相连的第一通孔801、长直臂802、用来通过第一铰接轴4或者第三铰接轴6与平连杆7相连的第二通孔803以及短直臂804，长直臂802均靠近连接盘10，短直臂804均靠近平连杆7，折形连杆8分别安置在连接盘10的两侧。

为了保证4根连杆构成的菱形四连杆机构能够顺畅地运作，平连杆7与折形连杆8的厚度和宽度均相等，并且连接耳板201与连接盘10的厚度也相等，另外，6条长弹簧3和6条短弹簧9也必须在一个平面上分布，不受力的时候，6条长弹簧3和6条短弹簧9正好围成一个规则的12边形；连接盘10是一个中心对称图形，其上设有6个用来与所有的长直臂802相连的铰轴孔1002以及一个与大头螺栓13连接的大通孔1004；挡盘12上设有用于穿过大头螺栓13的通孔1201、用来隔离连接盘10的环台1202以及一个直径大于圆孔205的直径的圆盘1203，挡盘12上设有环台1202的一端朝向连接盘10设置，也就是说，环台1202位于圆盘1203和连接盘10之间；大头螺栓13上设有与C形托叉1上的大螺纹孔106相连的螺纹杆1301、可以在圆孔205中移动的柱杆1302、与圆盘1203直径和厚度均相同的端盖1303以及一个便于装卸的六角台1304；支架15的一端与FPSO相连，支架15的另一端与护盘2铰接，其上设有用于与FPSO固定连接的法兰孔1501、法兰盘1502，以及楔形筋板1503和铰支孔1504。

具体装配情况为，第一步，通过第二铰接轴5把所有的平连杆7与护盘2上的连接耳板201相装配；第二步，通过第四铰接轴11把所有的折形连杆8与连接盘10相装配；第三步，放置挡盘12并使其通孔1201的中心轴线与护盘2上圆孔205的中心轴线重合；第四步，用第一铰接轴4与第三铰接轴6把平连杆7和折形连杆8相装配；第五步，依次把6条长弹簧3和6条短弹簧9与第一铰接轴4和第三铰接轴6相连；第六步，用固定螺栓14把C形托叉1与连接盘10相装配；第八步，大头螺栓13依次穿过护盘2的圆孔205，挡盘12的通孔1201，连接盘10上的大通孔1004，然后拧紧固定到C形托叉1上的大螺纹孔106。

采用由铰轴、轴盖和销子共同组成的第一铰接轴4、第二铰接轴5、第三铰接轴6和第四铰接轴11连接平连杆7和折形连杆8以及连接护盘2和连接盘10的连接方式，能适应连接盘10绕着其轴线的顺时针或者逆时针转动，增加了连杆调节式柔性托架的运动灵活性，提升了该装置的自适应调节的可靠性，同时，便于对连杆调节式柔性托架进行装卸和维修。

优选地，在本实施例中，巧妙地使折形连杆8的长直臂802与短直臂804在折形连杆8的厚度方向上发生错位的距离正好为长直臂802的厚度，则折形连杆8与平连杆7连接后就可以实现折形连杆8的长直臂802与平连杆7二者的宽面处于同一平面中，这样可以增加力传递的平稳性。

本实施例中，C形托叉1、护盘2、梅花连接盘10和挡盘12均设置于大头螺栓13上，大头螺栓13紧固于C形托叉1后，大头螺栓13的柱杆1302端面压置于挡盘12的圆盘1203上，挡盘12的环台1202压置于梅花连接盘10上，梅花连接盘10通过固定螺栓14与C形托叉1相连，大头螺栓13的端盖1303与挡盘12的圆盘1203形成一个略宽于护盘2之底板206厚度的凹槽。本实施例可以减缓立管和FPSO之间的冲击。

本实施例中，挡盘12上设的圆盘1203与大头螺栓13上设的端盖1303厚度和直径均相等，并且直径均大于圆孔205的直径，圆盘1203与端盖1303位于底板206的两侧，并且二者的距离略大于底板206的厚度，同时，柱杆1302的直径远小于圆孔205的直径，此种巧妙的设计有利于自适应调节机构平稳而顺畅地适应由立管引起的大头螺栓13结构的移动和转动。

本实施例中，护盘2与支架15铰接的连接形式增加了该连杆调节式柔性托架的旋转自由度，进一步解除了刚性约束条件，改变了传统立管端部因为刚性连接而存在的疲劳损伤风险。

如图1和2所示，本发明连杆调节式柔性托架的工作原理：

首先，立管通过钢缆被吊起，当立管的锥台形端部上升并高出柔性托架的C形托叉1后，需要再通过吊机使立管的锥台形端部平移到C形托叉1的正上方，随之，立管管体可以通过豁口101到达C形托叉1的C形环里面，然后下放立管，并且使立管的锥台形端部坐落到C形托叉1里面。当风浪流等作用在立管以及FPSO上时，二者均按照自己的方式运动，例如，当FPSO有强烈的上升运动时，则上升运动产生的作用力不会直接传递到立管上，而是FPSO带动支架15上升，支架15带动护盘2上升，由于惯性，立管和C形托叉1保持原有的状态，即护盘2相对于C形托叉1向上运动，也就是说，护盘2相对于连接盘10上升，那么，菱形四连杆机构将发生变形，表现为上部的菱形四连杆机构被拉长，下部的菱形四连杆机构被压短，上部的菱形四连杆机构相连的长弹簧3被拉伸而短弹簧9被压缩，相反地，下部的菱形四连杆机构相连的长弹簧3被压缩而短弹簧9被拉伸，缓冲到一定程度才带动立管上升。

当立管相对于FPSO有逆时针绕着大头螺栓13的轴线旋转时，则C形托叉1带动连接盘10以及大头螺栓13等逆时针转动，连接盘10相对于护盘2逆时针转动，表现为以第四铰接轴11所在位置代表的菱形四连杆机构顶点与以第三铰接轴6所在位置代表的菱形的另一顶点也发生相对错动并且二者的距离变大，即菱形被拉成瘦长形，伴随着所有的长弹簧3被拉伸而短弹簧9被压缩，弹簧储存势能的过程也是减振和缓冲较大的冲击载荷的过程，同时，与刚性连接相比，也大大降低了由于旋转运动而引入的弯矩作用。另外，由于护盘2与支架15铰接，该连杆调节式柔性托架进一步地释放约束，增加了该装置的柔性连接性能。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的用于FPSO支撑钢悬链线立管的连杆调节式柔性托架，6条长弹簧、6条短弹簧以及所有的连杆均关于大头螺栓13的轴线成中心对称分布，并且长弹簧和短弹簧处于同一平面上而形成一个多边形，当立管和FPSO被随机载荷作用时，弹簧和连杆组成的自适应调节机构均能实现平稳地缓冲。

2、本发明的用于FPSO支撑钢悬链线立管的连杆调节式柔性托架，当安置于C形托叉中的立管与浮式平台有较大的升沉运动，特别地，例如平台突然上升时，由6条长弹簧、6条短弹簧、12根平连杆、12根折形连杆8、连接盘、护盘以及6套第一铰接轴、第二铰接轴、第三铰接轴和第四铰接轴构成的自动调节机构将发生自适应调整，可以吸收立管和浮式平台之间较大的冲击载荷，具体表现为自动调节机构的六个菱形蓄能单元发生变形，以铰接轴的轴线为界限，造成轴线以上部分的长弹簧被拉伸短弹簧被压缩，而轴线以下部分的长弹簧被压缩短弹簧被拉伸。

3、本发明的用于FPSO支撑钢悬链线立管的连杆调节式柔性托架，C形托叉1、连接盘10、挡盘12被大头螺栓13和固定螺栓连接为一体，挡盘12与大头螺栓13的端盖1303一起构成一个比护盘2底板206厚度略大的凹槽，大头螺栓13的柱杆直径与护盘2的圆孔205直径相比小得非常多，大头螺栓13的柱杆可以从其轴线与圆孔205轴线重合的状态向圆孔205内周有较大的移动幅度，则在连杆的牵制下，C形托叉1、连接盘10、挡盘12、大头螺栓13和固定螺栓14形成的整体可以向圆孔205半径辐射的任何方向移动，进而360°方向都可以减缓立管和FPSO之间的冲击。

4、本发明的用于FPSO支撑钢悬链线立管的连杆调节式柔性托架，可以很好地缓冲来自竖直状态的立管与FPSO相对大头螺栓13轴线转动引起的较大冲击，可以大大降低由于二者不一致的转动作用而附加到立管顶端的较大弯矩。无论安装在C形托叉1上的立管和FPSO绕着大头螺栓13轴线是逆时针还是顺时针转动，6条长弹簧、6条短弹簧、12根平连杆7、12根折形连杆8和连接盘10构成的自适应调节机构均能很好地缓解立管和FPSO之间的旋转冲击，则由连杆组成的菱形发生变形，表现为6个菱形的第二铰接轴和第四铰接轴连线方向的对角线变长，第一铰接轴和第三铰接轴连线方向的对角线变短，短弹簧均被压缩，长弹簧均被拉伸，则冲击载荷做的功被转化为弹簧的弹性势能。

5、本发明的用于FPSO支撑钢悬链线立管的连杆调节式柔性托架，护盘2与支架铰链连接，支架与FPSO通过法兰固定连接，则FPSO绕着支架铰支轴轴线的转动不会对立管产生大的影响，与传统的固定式刚性支架相比，解除了旋转约束，进而消除了绕支架铰支轴线方向的弯矩，进一步提高了方案的可行性。

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 (7)

1.一种连杆调节式柔性托架，其特征在于，包括：护盘、位于所述护盘内的连接盘和安装在所述护盘和连接盘之间的多个四连杆机构，多个所述四连杆机构沿所述护盘的内周间隔设置；

每个四连杆机构分别具有第一铰接轴、第二铰接轴、第三铰接轴和第四铰接轴，同一四连杆机构的所述第一铰接轴与所述第三铰接轴之间通过第一弹性件连接，每个所述第二铰接轴均与所述护盘连接，每个所述第四铰接轴与所述连接盘连接；

每个所述四连杆机构中的第一铰接轴还与相邻的两个四连杆机构中最近的那个第三铰接轴通过第二弹性件连接；

还包括大头螺栓和挡盘，所述护盘的底板上设有通孔，所述大头螺栓包括端盖和杆部，所述大头螺栓的杆部依次穿过所述护盘的通孔、挡盘和连接盘，所述端盖和所述挡盘分别位于所述护盘的底板的两侧，并且所述大头螺栓的端盖和所述挡盘形成大于所述护盘的底板的厚度的凹槽；

还包括用于与立管连接的C形托叉，所述C形托叉与所述连接盘固定连接；C形托叉设有分别与大头螺栓和连接盘连接用的大螺纹孔和小螺纹孔；

还包括用于与浮式平台连接的支架，所述护盘与所述支架铰接。

2.根据权利要求1所述的连杆调节式柔性托架，其特征在于，

所述第一弹性件和第二弹性件均为弹簧，且所述第一弹性件的长度小于所述第二弹性件的长度。

3.根据权利要求1所述的连杆调节式柔性托架，其特征在于，所述护盘的内周壁上设有多个连接耳板，多个所述连接耳板与多个四连杆机构一一对应设置；每个所述四连杆机构中的第二铰接轴与对应的所述连接耳板连接。

4.根据权利要求3所述的连杆调节式柔性托架，其特征在于，所述四连杆机构为菱形四连杆机构。

5.根据权利要求4所述的连杆调节式柔性托架，其特征在于，多个所述连接耳板的厚度均与所述连接盘的厚度相等；所述四连杆机构中的四个连杆的厚度也均相等；多个所述第一弹性件和多个所述第二弹性件均位于同一平面上。

6.根据权利要求5所述的连杆调节式柔性托架，其特征在于，每个所述四连杆机构包括两个平连杆和两个折形连杆，同一四连杆机构中的两个所述平连杆位于对应的所述连接耳板的两侧并与该连接耳板连接，同一四连杆机构中的两个所述折形连杆位于所述连接盘的两侧并与所述连接盘连接；

每个所述折形连杆包括呈折形设置的长直臂和短直臂，每个所述长直臂与所述第四铰接轴连接，每个所述短直臂与所述长直臂连接，以使所述长直臂和平连杆处于同一平面中。

7.根据权利要求6所述的连杆调节式柔性托架，其特征在于，所述通孔为圆孔，所述通孔的直径大于所述大头螺栓的杆部的直径。