CN109987530B - 波浪补偿活塞张紧器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种波浪补偿活塞张紧器及其使用方法，该系统主要包括活塞张紧器，气液蓄能器，电动或液压绞车，空气瓶组，补油装置和放气装置;活塞张紧器通过液压管路与气液蓄能器相连，所述空气瓶组与蓄能器上部相连，所述补油装置与液压管路连接，所述放气装置与液压油缸上部相连；缆绳绕于所述活塞张紧器上，所述缆绳一端与所述电动或液压绞车相连，另一端与负载相连。本发明被动式波浪补偿活塞张紧器可用于海上钻井装置，海上换乘装置、海上补给装置和船用起重机等，精度高，反应灵敏迅速，它采用油缸加蓄能器的方法，使得补偿装置及液压系统结构简单，容易实现，反应迅速，并且张力控制精度高，安全性和可靠性高，在失电时也能正常工作。

Description

波浪补偿活塞张紧器及其使用方法

技术领域

本发明涉及波浪补偿机构技术领域，具体而言，尤其涉及一种波浪补偿活塞张紧器及其使用方法。

背景技术

海洋资源开发需要各种设备，其中船用起重机是在海洋环境中进行作业的特种起重机械，海上并靠吊装作业过程中，受风、浪、涌、流等因素的影响，两作业船舶之间会呈现横摇、纵摇及升沉等复杂的相对运动，下放中的货物会与上升的船体发生碰撞，即将放落到甲板的货物，由于船体的下沉与甲板的距离突然增大，会造成货物悬空，这给船舶海上吊装作业带来了安全隐患。

而对于钻井船及半潜式钻井平台而言，在波浪的作用下，会产生升沉、横移、纵移、艏摇、横摇、纵摇等六个自由度的运动。其中船体或平台升沉方向的运动将带动钻井架、大钩及其上悬挂着的钻杆柱的上下运动，引起井底钻压的变化，严重的影响了钻井的效率和安全性。

海上航行横向补给要求实现在2个独立运动的舰船之间进行物资传递。由于存在舰船相对运动复杂、补给物资品种多样、传送距离远等诸多难点，给海上航行横向补给带来了极大挑战。因此，现代海上航行横向补给装置中常配置有波浪补偿活塞张紧器，其其补偿效果的好坏直接影响着海上补给作业安全性、高效性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种波浪补偿活塞张紧器作为波浪补偿装置，应用在起重船上，可以很好地防止由于相对运动而产生的绳索松弛现象，使被吊重物不受母船的升沉运动影响而基本上保持静止状态，这样就可以有效防止以上状况的发生，节省作业成本；在平台上，用于对钻柱的升沉运动进行补偿，从而避免或者大大减轻风浪的影响。在海上航行横向补给装置中，波浪补偿活塞张紧器补偿两船的相对运动，保证货物在船舶摇摆条件下安全、平稳地起吊和着陆。

本发明采用的技术手段如下：

一种波浪补偿活塞张紧器，包括：活塞张紧器、气液蓄能器，电动或液压绞车，空气瓶组，补油装置和放气装置；所述活塞张紧器通过液压管路与气液蓄能器相连，所述空气瓶组与蓄能器上部相连，所述补油装置与液压管路连接，所述液压管路内充满液压油，所述放气装置与液压油缸上部相连；缆绳绕于所述活塞张紧器上，所述缆绳一端与所述电动或液压绞车相连，另一端与负载相连。

进一步地，所述活塞张紧器包括液压油缸，活塞，活塞杆，上滑轮组，下滑轮组；所述活塞位于所述液压缸内，所述活塞杆与所述活塞相连；所述上滑轮组为动滑轮组且与所述活塞杆相连，所述下滑轮组为定滑轮组与所述液压缸相连。

进一步地，所述气液蓄能器为浮动活塞式蓄能器，浮动活塞式蓄能器内部设计有浮动活塞，所述的浮动活塞中央为一锥形体，所述锥形顶端底面直径为所述浮动活塞一半。

进一步地，所述活塞张紧器用螺栓固定于甲板或船体上。

进一步地，所述的液压油缸下部包含一个调速阀与止回阀，所述的调速阀与止回阀为并联关系，调速阀与止回阀的一端共同连接液压油缸，另一端连接液压管路。

进一步地，所述补油装置包括一个补油阀、辅助补油接口、手动泵、吸入滤器、油箱及补油管路；所述补油阀为截止阀，所述油箱开有放气口与放油塞，补油阀一端通过补油管路连接气液蓄能器下端进/出油口，补油阀另一端通过补油管路连接辅助补油接口的一端，辅助补油接口的另一端通过补油管路连接手动泵的一端，手动泵的另一端通过补油管路连接油箱且油箱内部的补油管路进口安装有吸入滤器。

进一步地，所述的放气装置包括一个放气阀、目视指示器以及放气管路；所述放气阀为截止阀；放气阀一端与液压油缸上部连接，放气阀另一端连接目视指示器的一端，目视指示器的另一端通过放气管路通向油箱。

本发明还提供了一种所述的波浪补偿活塞张紧器的使用方法，包括以下步骤：

空载时，活塞杆处于全伸状态，缆绳一端与电动或液压绞车相连，另一端连接负载后，操纵绞车，迫使活塞和上滑轮组向下运动，克服液压油缸内的压力，使活塞处于中间冲程，此时缆绳上的张力与液压力平衡，电动或液压绞车为缆绳提供一个初张力；

船舶或钻井平台等随波浪上升时，负载由于惯性使缆绳拉力增加，导致张紧器被迫压缩，从而释放钢缆，补偿负载位移，使负载尽量保持在平衡状态，同时液压油缸中的液压油压入蓄能器中，存储能量；反之，随波浪下沉时，系统产生进行相反补偿，释放能量；

海上航行横向补给时，由于在海浪的作用下，两舰船会产生升沉和摇摆，发生相对运动，当两舰船相对运动使挂接点距离增加时，缆绳被拉紧，拉力增加，这时绕在活塞张紧器滑轮组上的缆绳收紧，压缩活塞张紧器中的高压空气，释放高缆绳，防止缆绳被拉断。当两舰船相对运动使挂接点距离减少时，缆绳被放松，拉力减少，这时绕在活塞张紧器滑轮组上的缆绳在活塞张紧器中的高压空气的膨胀下收紧，张紧缆绳，防止补给物资掉入水中。

当缆绳断裂或负载突然消失时，装于液压缸下部的调速阀可以控制活塞式蓄能器和液压油缸腔内的流体速度，防止活塞突然加速对张紧器或周围设备造成损害。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、精度高，反应灵敏迅速，并且张力控制精度高，安全性和可靠性高，在失电时也能正常工作。

2、它采用油缸加蓄能器的方法，使得补偿装置及液压系统结构简单，容易实现，易于操作和维护。

3、补偿动力来源于船舶的升沉，几乎不消耗动力，成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本发明活塞张紧器的原理示意图。

图2为本发明的活塞张紧器的示意图。

其中：1、活塞张紧器，2、气液蓄能器，3、电动或液压绞车，4、空气瓶组，5、缆绳，6、负载，7、液压油缸，8、活塞，9、活塞杆，10、上滑轮组，11、下滑轮组，12、浮动活塞，13、锥形顶端，14、调速阀，15、止回阀，16、补油阀，17、辅助补油接口，18、手动泵，19、粗滤器，20、油箱，21、放气口，22、放油塞，23、放气阀，24、目视指示器，25、压力表接口，26、空气泄放阀，27、安全阀，28、进气阀。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种波浪补偿活塞张紧器，包括：活塞张紧器1、气液蓄能器2，电动或液压绞车3，空气瓶组4，补油装置和放气装置；

所述活塞张紧器1通过液压管路与气液蓄能器2相连；所述空气瓶组4与蓄能器2上部相连为其提供高压空气，缆绳5上能产生的张力取决于所述高压空气压力，安全阀27安装于空气瓶组4与蓄能器2之间；所述补油装置与液压管路连接，所述液压管路内充满液压油；所述放气装置与液压油缸7上部相连，避免空气的存在对液压系统造成破坏；缆绳5绕于所述活塞张紧器1上，所述缆绳5一端与所述电动或液压绞车3相连，另一端与负载6相连。

所述活塞张紧器1包括液压油缸7、活塞8、活塞杆9、上滑轮组10、下滑轮组11；所述缆绳5在上滑轮组10与下滑轮组11上交错排列缠绕多圈，补偿行程(缆绳缠绕的次数×液压缸7伸出的最大位移)为液压缸7行程的多倍；所述活塞8位于所述液压缸7内，所述活塞杆9与所述活塞8相连；所述上滑轮组10为动滑轮组且与所述活塞杆9相连，所述下滑轮组11为定滑轮组与所述液压缸7相连。

所述气液蓄能器2为浮动活塞式蓄能器，所述的浮动活塞12中央为一锥形体13，所述锥形顶端13底面直径为所述浮动活塞12一半；当浮动活塞12到达行程末段时，浮动活塞12与蓄能器2底部形成缓冲油腔，油液只能通过锥形顶端13与气液蓄能器2下部锥形出口形成的环形间隙排出至活塞张紧器1的下部，且环形间隙随行程的增大而缩小，被封闭的液压油产生适当的反压力作用在活塞12的液压油侧上，控制浮动活塞12的运动速度，防止撞击。

所述活塞张紧器1用螺栓固定于甲板或船体上，所述电动或液压绞车3安装于甲板上。如图2，液压油缸7的活塞杆上端通过支架71连接上滑轮组10，支架71之间通过若干个支架板72分隔，上滑轮组10的每个滑轮间隔旋转安装在支架板72之间，液压油缸7下端通过支座73固定在甲板或船体上，支座73之间也通过若干个支架板72分隔，下滑轮组11的每个滑轮间隔也旋转安装在支架板72之间。

所述的液压油缸7下部包含一个调速阀14与止回阀15，所述的调速阀14与止回阀15为并联关系，所述调速阀14可以限制活塞8以一定速度向上运动，所述止回阀15能使缆绳5张紧时以最大速度放出缆绳。

所述补油装置包括一个补油阀16、辅助补油接口17、手动泵18、吸入滤器19、油箱20及补油管路；所述补油阀16为截止阀，所述油箱20开有放气口21与放油塞22。

所述的放气装置包括一个放气阀23、用来观察放气情况的目视指示器24以及放气管路；所述放气阀23为截止阀；所述放气管路通向油箱22。

如图1所示，一种上述波浪补偿活塞张紧器的使用方法，包括以下步骤：

空载时，活塞杆9处于全伸状态，缆绳5一端与电动或液压绞车3相连，另一端连接负载6后，操纵绞车3，迫使活塞8和上滑轮组10向下运动，克服液压油缸7内的压力，使活塞8处于中间冲程，此时缆绳5上的张力与液压力平衡，电动或液压绞车3为缆绳5提供一个初张力；

船舶或钻井平台等随波浪上升时，负载6由于惯性使缆绳5拉力增加，导致张紧器被迫压缩，从而释放缆绳5，补偿负载6位移，使负载6尽量保持在平衡状态，同时液压油缸7中的液压油压入蓄能器2中，存储能量；反之，随波浪下沉时，系统产生进行相反补偿，释放能量；

当缆绳5断裂或负载6突然消失时，装于液压缸7下部的调速阀14可以控制活塞式蓄能器2和液压油缸7腔内的流体速度，防止活塞8突然加速对活塞张紧器或周围设备造成损害。

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 (1)

1.波浪补偿活塞张紧器，其特征在于，包括：活塞张紧器、气液蓄能器、电动或液压绞车、空气瓶组、补油装置和放气装置；

所述活塞张紧器通过液压管路与气液蓄能器相连，所述空气瓶组与蓄能器上部相连，所述补油装置与液压管路连接，所述液压管路内充满液压油，所述放气装置与液压油缸上部相连；缆绳绕于所述活塞张紧器上，所述缆绳一端与所述电动或液压绞车相连，另一端与负载相连；

所述活塞位于所述液压缸内，所述活塞杆与所述活塞相连；所述上滑轮组为动滑轮组且与所述活塞杆上端相连，所述下滑轮组为定滑轮组与所述液压缸下端相连；所述气液蓄能器为浮动活塞式蓄能器，浮动活塞式蓄能器内部设计有浮动活塞，所述的浮动活塞中央为一锥形体，所述锥形顶端底面直径为所述浮动活塞一半；所述活塞张紧器用螺栓固定于甲板或船体上；所述的液压油缸下部包含一个调速阀与止回阀，所述的调速阀与止回阀为并联关系，调速阀与止回阀的一端共同连接液压油缸，另一端连接液压管路；所述补油装置包括一个补油阀、辅助补油接口、手动泵、吸入滤器、油箱及补油管路；所述补油阀为截止阀，所述油箱开有放气口与放油塞，补油阀一端通过补油管路连接气液蓄能器下端进/出油口，补油阀另一端通过补油管路连接辅助补油接口的一端，辅助补油接口的另一端通过补油管路连接手动泵的一端，手动泵的另一端通过补油管路连接油箱且油箱内部的补油管路进口安装有吸入滤器；所述的放气装置包括一个放气阀、目视指示器以及放气管路；所述放气阀为截止阀；放气阀一端与液压油缸上部连接，放气阀另一端连接目视指示器的一端，目视指示器的另一端通过放气管路通向油箱；

所述的活塞张紧器的使用方法，包括以下步骤：

空载时，活塞杆处于全伸状态，缆绳一端与电动或液压绞车相连，另一端连接负载后，操纵绞车，迫使活塞和上滑轮组向下运动，克服液压油缸内的压力，使活塞处于中间冲程，此时缆绳上的张力与液压力平衡，电动或液压绞车为缆绳提供一个初张力；

船舶或钻井平台等随波浪上升时，负载由于惯性使缆绳拉力增加，导致活塞张紧器被迫压缩，从而释放钢缆，补偿负载位移，使负载尽量保持在平衡状态，同时液压油缸中的液压油压入蓄能器中，存储能 量；反之，随波浪下沉时，系统进行相反补偿，释放能量；

当缆绳断裂或负载突然消失时，装于液压缸下部的调速阀可以控制活塞式蓄能器和液压油缸腔内的流体速度，防止活塞突然加速对活塞张紧器或周围设备造成损害。