CN110023185A - 液压系泊缆索固定装置、系统和方法 - Google Patents

Abstract

液压系泊缆索固定装置提供了一种液压缸‑活塞组合(20)，用于控制船舶的一端与系泊点之间的系泊缆索上的力。当缸内的压力超过阈值时，过压保护部件(26)使液压液体从液压缸(20)流向贮存器(260)，并且当压力下降时使液压液体返回。具有比主贮存器(260)更陡的压力响应的辅助贮存器(24)与主贮存器并联连接。辅助贮存器可以在传感器或船舶的另一端处的另一系泊装置的控制下连接至缸和/或与缸断开，以减少船在例如在涌浪中的运动。此外，来自辅助贮存器的压力可用于驱动发电机。

Description

液压系泊缆索固定装置、系统和方法

技术领域

本发明涉及液压系泊缆索固定装置、系泊系统和固定系泊船舶的方法。

背景技术

从WO2010/110666中已知一种液压系泊缆索固定装置，其在系泊缆索上的力超过阈值时放出系泊缆索并且仅在力下降到远低于阈值时将系泊缆索拉回。该装置包括液压缸，该液压缸具有连接至系泊缆索的活塞，使得当系泊缆索处于张紧状态下时液压压力增大。当此压力超过阈值时，减压阀将液压液体从缸释放至贮存器。当系泊缆索上的张力下降至第二阈值以下时，单向阀使流体从贮存器返回至缸。

当液压缸中的压力分别升高至高水平和下降至较低水平时，液压缸和贮存器提供放出阶段和牵引阶段中的操作。因此，船舶保持绷紧系泊，同时保护系泊缆索不会因过大的力(例如：在阵风的影响下)而断裂。该装置具有高度故障保护功能，因为它不需要外部电源即可使船舶停泊。

放出阶段与牵引阶段之间存在中间阶段，在中间阶段中，液压缸与主贮存器之间不发生液压液体流动。在这些阶段中，活塞的位置基本上保持恒定，而系泊缆索上的力可以在缆索固定装置允许的力范围内变化。

当船舶通过连接至船舶两个相对端的系泊缆索的两个这种缆索固定装置系泊时，船舶可以保持绷紧系泊。在静态条件下，两个缆索固定装置将处于其中间阶段中，从而保持系泊缆索拉紧并使船舶保持在固定位置。

由于可变的外力，例如由于来自海浪或经过船只的涌浪，船的位置可能改变。当外力足够大时，它将使缆索固定装置中的一个放出系泊缆索以避免过大的力。另一个缆索固定装置将被往回牵引。虽然这在大的外力的情况下是必要的，但是已经发现船也可能发生不必要的移动。期望的是避免这种不必要的移动。

发明内容

其中一个目的是提供改进的系泊。

提供了一种液压系泊缆索固定装置，包括：

液压缸、位于所述液压缸中的活塞以及到所述液压缸和所述活塞的连接部，以在所述船舶与系泊点之间将所述装置连接在系泊缆索连接中，

过压保护部件，联接至液压缸，过压保护部件包括主贮存器，主贮存器包含气体和液压液体，过压保护部件包括彼此并联联接在液压缸与主贮存器之间的过压阀和单向阀，过压阀配置成当缸中的第一压力与主贮存器中的第二压力之间的差超过第一阈值时，使液压液体从液压缸流向主贮存器，单向阀配置成当该差降低至比第一阈值低的第二阈值时使液压液体从主贮存器流回液压缸。

如在现有技术的缆索固定装置中那样，液压缸和主贮存器提供放出阶段和牵引阶段以及中间阶段中的操作。

此外，液压系泊缆索包括联接至液压缸的辅助贮存器，辅助贮存器包含气体和液压液体，主贮存器具有与辅助贮存器的第二压力-体积变化特性不同的第一压力-体积变化特性，这意味着，在从液压缸交换相等体积的液压液体的情况下，主贮存器中的压力的变化小于辅助贮存器中的压力的变化。

液压缸和辅助储存器之间的液压压力连通使得可以在操作的中间阶段增加对系泊缆索上的力的调节。

尽管本发明不限于特定的操作理论，但是涉及液压缸和主贮存器的操作理论仅表明来自系泊缆索的动态条件和弹性力可使得连接至来自相同的船舶的系泊缆索的多个缆索固定装置在没有辅助贮存器的情况下以不协调的方式运行。缆索固定装置可以在相反的方向上不协调地操作，例如，当一个缆索固定装置处于牵引阶段中时，另一个仍处于中间阶段。这可能导致一个缆索固定装置将不必要的大量液压液体传递至其主贮存器或从其主贮存器传递，进而导致来自另一缆索固定装置的随后的不必要的响应。

液压缸与辅助贮存器之间的液压液体的转移可用于避免这种情况。在一个实施方式中，辅助贮存器可以在过压保护允许的整个压力范围或仅高于阈值下提供液压缸中的液压液体中的液压液体的量的变化，以在中间阶段期间与液压压力变化成比例地放出和/或牵引系泊缆索。这在船舶的稳定位置处在系泊缆索上提供了更稳定的力。

在实施方式中，缆索固定装置包括控制单元，该控制单元根据传感器输入控制辅助贮存器与液压缸之间的压力连通的启动时间。当作用在同一艘船舶上的另一缆索固定装置例如沿相反方向牵引时，可以在缆索固定装置中选择性地启动压力连通。控制单元可以配置成接收和执行外部命令或使用外部传感器数据来启动压力连通。为此目的，缆索固定装置可包括传感器以检测活塞位置和/或运动、液体体积或压力，以用于产生命令或外部传感器数据并将此类命令或外部传感器数据传输至另一缆索固定装置。

液压缸与辅助贮存器之间的液压压力连通使得可以在操作的中间阶段中增加对系泊缆索上的力的调节。

可以注意到，与使辅助贮存器与液压缸之间的压力连通的启动和失效不同，可使主贮存器与液压缸之间的压力连通启动和失效。在不使用不同的压力-体积响应特性的实施方式中，在这种情况下，可以省略辅助贮存器。然而，即使在不需要不同的压力-体积响应特性本身的情况下，也可能期望使用与辅助贮存器的压力连通以实现更好的失效保护操作和/或更快的响应。

在实施方式中，缆索固定装置可包括连接的流体流动驱动的电力发电机，以基于辅助贮存器与液压缸之间的液压压力差由液压液体流产生电力。

此外，提供了一种使用第一缆索固定装置和第二缆索固定装置来固定系泊船的方法，第一缆索固定装置和第二缆索固定装置各自包括液压缸和位于液压缸中的活塞、包含液压液体和气体的主贮存器和辅助贮存器。

附图说明

根据使用以下附图对示例性实施方式的描述，这些和其他目的以及有利方面将变得显而易见。

图1示出了沿码头停泊的船舶的平面图；

图2示意性地示出了缆索固定装置；

图2a示出了缆索固定装置的结构的实施方式；

图3a至图3f示出了作为活塞位置的函数的力的曲线图；

图4至图8示出了缆索固定装置的实施方式。

具体实施方式

图1示出了使用从码头延伸到船的第一系泊缆索12a和第二系泊缆索12b沿着码头停泊的船舶10的示意性平面图。船可靠在从码头延伸的岸边护舷板(未示出)上。在码头上，设置有第一系泊缆索固定装置14a和第二系泊缆索固定装置14b，它们分别联接至第一系泊缆索12a和第二系泊缆索12b。每个系泊缆索固定装置14a、14b在一侧上联接至系泊点，例如固定系缆柱，并且在另一侧上联接至系泊缆索12a、12b。可替代地，系泊点可以是码头上的其他结构，缆索固定装置14a、14b的一侧可以固定在该结构上。可以在浮动结构而不是固定码头上设置系泊点，以相对于该浮动结构停泊船舶。

在示出的实施方式中，系泊缆索12a、12b通过另一系缆柱16a、16b从缆索固定装置14a、14b延伸到船舶10。如图所示，系泊缆索12a、12b沿着码头边以几乎垂直于海岸线方向(例如，与垂直方向的偏差小于45度)从船延伸至系泊缆索固定装置14a、14b。另外地或可替代地，可以使用与垂直方向成更大角度的弹簧系泊缆索(未示出)。应该理解的是，一方面使用几乎垂直于海岸线延伸的系泊缆索12a、12b最小化船舶10所需的码头空间，但另一方面可能增加缆索断裂的风险，这是因为船舶10由于涌浪或风而向上或横向移动而将在系泊缆索12a、12b中出现高张力。在这种系泊配置中，缆索固定装置14a、14b防止在系泊缆索12a、12b上出现高张力，且它还可以防止弹簧配置中的高张力。

图2示意性地示出了缆索固定装置。该装置包括主缸20、位于主缸20中的主活塞22以及从主活塞22延伸的活塞杆。主缸20和活塞杆23在主缸20的相对端具有相应的连接部。第一端用于附接延伸至船(未示出)的缆索，并且第二端用于连接至系泊点，例如经由缆索连接至码头上的系缆柱(未示出)。为此目的，例如，可以设置与主缸20和活塞杆23连接的缆索连接孔眼。主缸20至少在主活塞22的活塞杆23的方向上的一侧上填充有液压液体(例如，油)。

在主缸20的位于主活塞22的缆索附接连接的一侧的第一端处，主缸20的内部联接至液压回路，该液压回路包括具有用于液压液体的主贮存器260的过压保护部分26以及具有用于液压液体的辅助贮存器的辅助缓冲器24。

过压保护部分26配置成当液压缸中的液压液体的压力与主贮存器中的压力之间的差高于第一阈值时，从液压缸吸收液压液体，并且当该差低于第二阈值时，使液压液体返回到液压缸，其中，第二阈值小于第一阈值。以这种方式，过压保护部分26允许缆索固定装置在缆索上的力超过对应于第一阈值的阈值时给予松弛，并且在力下降时牵引缆索。

过压保护部分26包括主贮存器260、过压阀262和单向阀264。过压阀262可以通过弹簧加载阀实现，使得当阀上的液压液体压力超过弹簧力时产生液压液体流动，但可以使用任何其他类型的过压阀262。主贮存器260包含气体(例如氮气或空气)和可变量的液压液体(优选地，如油的液压液体)。主贮存器260是封闭的贮存器，这意味着，除了过压阀262和单向阀264起作用之外，它通常在压力下将气体和液压液体保持在主贮存器260中。

主贮存器260具有预定的压力特性，其根据主贮存器260中的液压液体的体积和温度限定主贮存器260中的压力。压力特性是气体压力变化的结果。优选地，主贮存器260的体积和其中的气体量非常大，使得压力不会随着主贮存器260中的液压液体的体积的实际变化而显着变化。在实施方式中，过压保护部分26可包括在气体与液压液体之间可自由移动的分离器(例如活塞)，但是可能并不需要该分离器，例如当确保气体占据的空间保持在与单向阀264的连接之上时。

主缸20的第一端经由过压阀262联接至主贮存器260的液体容纳部分，过压阀262配置成在主缸20中的在主缸20的第一端处的一侧上的压力超过主贮存器260中的压力预定量时开启以允许液压液体流动。当发生这种情况时，液压液体从主缸20流至主贮存器260，从而允许主活塞22以基本恒定的力进一步移动。以这种方式，当由缆索传输的力超过阈值时，过压阀262用于使装置在系泊缆索(未示出)上施加松弛。

主贮存器260还通过单向阀264联接至主缸20的第一端，当主贮存器260一侧上的压力与主缸20中的在主缸20的第一端处的压力之间的差超过阈值时(例如，当主缸20中的压力变得略低于主贮存器260中的压力时)，单向阀264被引导打开，以允许液压液体流动。在这种情况下，液压液体通过单向阀264返回至主缸20。以此方式，当缆索上的力下降至基本为零时，单向阀264用于使装置在系泊缆索(未示出)上施加牵引。

例如，单向阀264可以配置成当主贮存器260中的压力超过主缸20中的第一端处的压力时打开。然而，可以使用低于过压阀262的阈值的不同的阈值。因此，过压阀262和单向阀264产生一种滞后形式：在穿过过压阀262的液压液体通过单向阀264返回之前，主缸20中的压力需要下降预定的非零量。

另外，缆索固定装置可以包括用于在主缸20的定位有主缸20的缆索附接连接的第二端处设定压力的起动单元。起动单元可包括泵、阀和液压液体的辅助贮存器，泵和阀并联联接在辅助贮存器与主缸之间。辅助贮存器可以是开放式贮存器，这意味着，它不需要保持压力，或者仅保持低压力：其可以具有通向外部的减压阀。

在操作中，当船舶10系泊时，可以临时使用起动单元来设定主活塞22的位置。在系泊之前，首先，可以通过在主活塞22的与连接有比例压力调节部分和过压保护部分的一侧相对的一侧上将液压液体从辅助贮存器泵送到主缸20中来将主活塞驱动至最大位置。在此阶段，起动单元的阀保持关闭。当缆索已经紧固在沿码头的船舶与系泊装置之间时，阀可以打开以允许液压液体流回辅助贮存器，其效果是来自主贮存器260的液压将使驱使活塞22后移，从主贮存器260吸收的松弛等于由于缆索上的力引起的压力。在进一步使用期间，阀可以保持打开。

图2a示出了缆索固定装置的结构的实施方式。缆索固定装置包括主缸20、外缸50、导管51(由虚线象征性地示出)和盘形式的阀歧管52。主缸20放置在外缸50内，优选地与外缸50同心，从而在主缸20与外缸50之间留出空间。主缸20与外缸50之间的空间用作主贮存器260。外缸50和主缸20的一个轴向端部附接至阀歧管52的第一盘面上。阀歧管52的盘形状的直径至少与外缸50的直径一样大。尽管导管51被示出为位于主缸外部的导管，但是实际上其可以穿过外缸50内的空间，例如位于外缸50与主缸20之间。

辅助贮存器240的轴向端部附接至阀歧管52的第二盘面，第二盘面与第一面相对。辅助贮存器240用作辅助缓冲器的辅助缸。主缸20和辅助贮存器的中心轴线可以彼此对准。此外，该装置包括从阀歧管52的第二面延伸到辅助贮存器240中的管54。辅助活塞242可以可滑动地安装在管54周围。管54在辅助贮存器240的端部附近具有一个或多个开口，以允许管54的内部与辅助贮存器240的在辅助活塞242的远离阀歧管52的一侧上的第一部分之间的流体连通。管54的内部与辅助贮存器240的位于辅助活塞242与阀歧管52之间的管外部的第二部分之间没有直接的流体连通。该第二部分包含气体。尽管已经示出了具有管54的实施方式，但是应当理解，可替代地可以省略中空管，在这种情况下，辅助贮存器240中的在辅助活塞的不同侧上的空间的作用能够互换。

主活塞22位于主缸20内。活塞杆23从主活塞22延伸至主缸20外部。活塞杆23的直径小于主缸20的内直径，从而为液压液体留出空间。密封环57设置在活塞杆23和主缸20之间，优选地靠近或位于主缸20的端部。导管51的一端与主缸20的位于主活塞22与密封环57之间的内部流体连接。导管在主缸20的端部附近连接至主缸20。导管51的另一端连接至阀歧管52。导管51提供主缸20的内部与阀歧管52之间的液压液体连通。在实施方式中，导管51设置在主缸20与外缸50之间的空间中。

阀歧管52在其盘形形状内包含多个连接通道。阀歧管52中的第一连接通道从导管51延伸至管54的内部并且通过管54延伸至辅助贮存器240的位于辅助活塞242的远离阀歧管52的一侧上的一部分。在没有中空管的实施方式中，第一连接通道可以与阀歧管52和辅助活塞242之间的空间连通。

阀歧管52中的第二连接通道经由过压阀(未示出)从导管51延伸至主缸20与外缸50之间的空间。阀歧管52中的第三连接通道(其包含单向阀(未示出))桥接第二连接通道的包含过压阀的至少一部分。此外，阀歧管52可包括一个或多个压力指示器，其配置成指示主贮存器中的压力、主缸中的压力、来自导管51的压力和/或来自辅助贮存器240的压力。

在实施方式中，一个或多个第四连接通道可以设置在阀歧管52中，其从辅助贮存器240外部延伸至主缸20的位于阀歧管52与主活塞22之间的内部空间。在使用辅助贮存器的实施方式中，可设置辅助外缸56，辅助贮存器240放置在辅助外缸56内，从而在辅助贮存器240与外部辅助贮存器56之间留下空间。该空间可以用作液压液体的辅助贮存器。辅助贮存器240和外缸56的一端可附接至阀歧管52的盘形状的第二面。在该实施方式中，阀歧管52的一个或多个第四通道一方面可以在辅助贮存器240与辅助外缸56之间的空间之间延伸，并且另一方面可以在主缸20的内部空间延伸。起动单元的阀可以包括在阀歧管52中，其具有用于在阀歧管52外部控制该阀的控制机构。如果起动单元包含泵，则泵可以位于辅助贮存器240与辅助外缸56之间的空间中或者位于外部。

在实施方式中，可以设置用于确定主活塞22的位置的位置感测布置。位置感测布置可包括位于活塞杆上的一个或多个标记(例如，磁性标记)以及位于主缸20上或其外部的位置传感器，以在标记移过传感器时感测标记。

在实施方式中，缆索固定装置包括无线发射器和/或接收器。(编程的)逻辑电路或微计算机可以设置成联接至无线发射器和位置传感器和/或压力指示器。微计算机可以具有包括指令的程序，该指令用于从位置传感器和/或压力指示器接收数据，并且使无线发射器发送从该数据导出的信息，或者评估数据以检测数据是否满足用于生成信号的预定条件并使无线发射器在满足条件时发送消息。条件可以是数据指示主活塞至少已经保持在位置的极端范围内预定的持续时间。例如，可接收所发送的消息以在控制室中显示。

在实施方式中，辅助贮存器240、辅助外缸56和管54可为可更换的。在该实施方式中，可提供不同组的辅助贮存器240、辅助外缸56和管54，每组提供不同长度的辅助贮存器240。在这种情况下，来自所选组的缸可安装在阀歧管52上，该组根据预期的涌浪条件来选择。可在不同口岸中使用具有不同长度的不同组，或者在同一口岸中的不同码头上使用具有不同长度的不同组。辅助贮存器240、辅助外缸56和管54可具有带有螺栓孔的凸缘，以将它们固定在阀歧管52上。

力限制操作

在操作中，缆索固定装置14a、14b用于限制船舶10的移动，同时避免系泊缆索12a、12b上的过度张力。过度张力可能发生在力循环期间，例如在风暴期间或当船舶10由于涌浪而升高和降低时。通常的涌浪可以具有一米的数量级的幅度和一百米的数量级的波长，这可以导致船舶的船首和船尾处的涌浪的波相差。

图3a示出了在用于装置的力循环期间主活塞22的力F和冲程X(位置)的曲线图，其中仅存在过压保护部分26，而不存在辅助缓冲器24。当例如由于风或水的移动而引起的外部力施加在船舶上时，这在主活塞22上产生力。

最初，液压液体抵抗该力，这对应于竖直增加39a。虽然缆索固定装置上的力竖直上升，但可以注意到，由于系泊缆索的弹性，船舶上的力会逐渐上升。

当力达到预定阈值时，过压阀262打开，使得主活塞22以基本恒定的反作用力移动，这导致活塞在第一力水平32处移动。这可以持续到力降低或到活塞移动达到例如由主缸20中的内凸缘限定的止动部。虽然示出了恒定的第一力水平32，但应该认识到，实际上由于压缩，力可能随着主贮存器260中的气体压力的增加而略微增加，但是此效果可以通过使用足够大的主贮存器260来保持在期望程度之下。

稍后，当施加在系泊缆索上的力降低时，过压阀262关闭。这导致恒定位置处的力的竖直降低39c。如果力降低至对应于与打开单向阀264相关的压力的水平(例如，零压力)，则单向阀264允许辅助活塞244以基本恒定(例如，零)的反作用力向后移动。这导致第二力水平36处的活塞移动，该第二力水平实际上可以像第一力水平32那样略微变化。

当力从第二力水平上升时，液压液体将再次抵抗该力。这可能在初始位置(如竖直上升39a所示)或其他地方发生(例如，如由垂直线39c所示)，无论在哪里，力再次上升。

缆索固定装置通过循环移动，其中不同的阶段可以被区分开，图3a的上水平线32对应于放出阶段，下水平线36对应于牵引阶段，以及中间阶段位于两者之间，在中间阶段中，力可增加或减少。将理解，图3的力和位置图示出了力-位置关系取决于先前的移动历史，即，其显示滞后。作为时间的函数，在图3a的力-位置图的情况下，力-位置的组合可通过回路返回至先前的值。该回路的区域对应于由船舶的移动产生并由缆索固定装置吸收的能量。吸收的能量可以加热液压液体，液压液体转而通过缆索固定装置的表面将热量释放到周围环境中。

可以注意到，施加力限制的不同方式不一定涉及滞后。例如，如果另一个比例压力调节部分的更均匀的解决方案代替过压保护部分26，则这种另外的比例压力部分将限制力增加的速率而没有位移的滞后。

当两个或更多个缆索固定装置14a、14b连接至相同的船舶时，每个装置施加的力影响施加在另一个上的力。

图3b示出了作为船的位置的函数的力的曲线图，其中力是当两个缆索固定装置在相同船舶的相反方向上作用时由两个缆索固定装置施加的力。在这种情况下，绘制的力在相反的方向上作用。在船舶沿着码头移动的情况下，船舶的位置可以沿着码头定位，或者如果船舶在码头的平面中围绕竖直轴线稍微旋转，则船的位置可以沿着旋转角定位。图3b的曲线图以共同的位置刻度上示出(与图3相比的压缩力刻度)。

总的来说，当由缆索固定装置施加的力作用在相反的方向上时，它们的差等于从缆索固定装置外部施加在船上的力的总和，这将被称为外部力。在静止时，外部力为零，并且由缆索固定装置施加的力将是相等的。在图3b的示例中，这原则上发生在船的这样的位置处，即，其中两个缆索固定装置都处于它们的中间阶段中，即力位置图中竖直上升39a出现的位置。因为竖直上升是竖直的，所以由缆索固定装置施加的实际力在理论上是其最小值与最大值之间的不确定的值：两个装置中的力可以在任意力水平下抵消。实际上，情况并非如此，因为缆索固定装置之间的力通过船舶间接传递。船舶上的力还取决于系泊缆索的弹性性能以及码头(护舷板上)与船舶之间产生的粘滑力，其具有产生稳定的力水平的效果。

当出现临时外部力时，例如由于涌浪或风，船舶的位置可能改变。当外部力克服粘滑时，一个缆索固定装置上的力可能达到第一水平32，从而使其进入放出阶段，而另一个缆索固定装置将进入牵引阶段。因此，船舶将移动。当外力下降时，船舶可能保持在移位位置，并且新位置竖直力上升39a。实际上，这是因为来自主缸的一些液压液体将保留在过压保护部分26的主贮存器260中。

这可以具有有利的效果，即，船舶自动地处于这样的位置，即，即使缆索固定装置的主缸中的液压液体的量没有根据初始位置装填，两个缆索固定装置以比例力作用以使船舶保持在稳定位置。但在实际中，不期望的是，外部力的干扰也可能导致船舶稳定位置的不必要的重复变化。例如，当从缆索固定装置传递力时发生时滞，例如，由于系泊缆索的弹性效应，两个缆索固定装置可能不会处于相反的牵引/放出阶段：虽然一个已进入其牵引阶段，但另一个仍处于其中间阶段，或甚至处于其先前的牵引阶段。这可能导致稳定位置的改变。

辅助缓冲器的比例实施方式

图4示出了缆索固定装置的第一实施方式，其中辅助缓冲器24在缆索固定装置在中间阶段的操作期间提供比例力。因此，即使缆索固定装置仍处于中间阶段时，活塞的位置可以与力的变化成比例地变化(如本文中所使用，“按比例”意味着位置随力的变化而变化，但不限于线性力-位置关系)。

在由系泊船舶和将船舶联接至码头的多个缆索固定装置形成的系统中，并且在该系统的操作中，这具有降低缆索固定装置之间的相互作用对船的稳定位置的变化的效果。

在图4的实施方式中，辅助缓冲器24包括辅助贮存器240，其中设置有可移动的辅助活塞242。辅助贮存器240包含气体和液压液体。辅助活塞242分离气体和液压液体。辅助贮存器240的位于辅助活塞242的第一侧上的第一部分包含液压液体并且联接至主缸20的第一端。因此，液压液体与主缸20流体连通。

辅助贮存器240的位于辅助活塞242的第二侧上的第二部分包含气体(例如氮气)。除了由液压液体和气体施加的压力之外，辅助活塞242可在辅助贮存器240中自由移动，使得第一部分和第二部分中的压力相等。在一些实施方式中，可省略辅助活塞242，例如，当确保气体占据的空间保持在到主缸20的连接部之上时。

因为辅助贮存器240和主缸20流体连通，所以两者中的液压压力相等，并且它将高于或等于主贮存器260中的压力。液压缸和辅助贮存器中的液压液体压力是均衡的。可选地，一个或多个阀(未示出)可位于辅助贮存器240与主缸20之间的流体连接中，但是在该实施方式中，这些阀在使用期间打开，并且在过压保护部件26所允许的压力范围内不会在来自主缸20的压力下自动关闭。

辅助贮存器240是封闭的贮存器，这意味着，除了与主缸20连接的影响之外，它通常使气体和液压液体保持在压力下。与主贮存器260一样，辅助贮存器240具有预定的压力特性，但是辅助贮存器240的压力特性与主贮存器260的压力特性不同，这意味着，在各个贮存器中的液压液体的体积变化相等的情况下(理论上，当温度相等时，但实际上对于任何实际温度都是如此)，主贮存器260中的压力变化小于辅助贮存器240中的压力变化。

如所指出的，贮存器的压力特性是贮存器240、260中的气体压力变化的结果。响应于小体积变化dV的压力变化dP是dP＝c*dV，其中c是比例常数。在理想气体定律下，c与贮存器中气体的质量M除以其体积V的平方成比例。因此，可以实现所需的不同特性，其中，在系泊缆索上不存在力的初始体积下，主贮存器260的M/(V*V)小于辅助储存器240的M/(V*V)。

选择辅助贮存器240中的气体量和辅助贮存器240的体积的组合，使得气体的压力受到操作期间发生的液压液体量的变化的显着影响。例如，组合可以选择为至少在主活塞22的全冲程使气体压力加倍。

在示出的实施方式中，主缸20和辅助贮存器240在使用期间直接联接，而没有像过压阀262和单向阀264那样起作用的阀，并且优选地没有根据压力自动打开或关闭的中间阀。因此，辅助贮存器240不像过压保护部分那样产生滞后。

图3c示出了由缆索固定装置施加的力作为主活塞位置的函数的图示。可以将图3c与图3a进行比较。与图3a类似，其示出了对应于放出阶段和固定阶段的操作的第一水平32和第二水平36。与图3a不同，其示出了中间阶段中的比例变化30、34。

图3c示出了在力循环期间主活塞22的力F和冲程X(位置)的曲线图。在循环中，例如当船舶由于涌浪而上升时，产生增长的力。最初，主活塞22由于该力而沿第一方向移动，同时产生由辅助贮存器240中的辅助活塞242压缩气体所确定的增加的反作用力。由于辅助活塞242的作用，反作用力作为主活塞22在第一方向上的位移的函数30而增加。

当力达到预定阈值时，过压阀262打开，使得主活塞22以基本恒定的反作用力移动，这使得活塞以第一力水平32移动。这可以持续直到力下降或直到活塞移动达到例如由主缸20中的内凸缘限定的止动部。尽管示出了恒定的第一力水平32，但应该认识到，实际上由于压缩，力可能随着主贮存器260中的气体压力的增加而略微增加，但是此效果可以通过使用足够大的主贮存器260来保持在期望程度之下。

稍后，当施加在系泊缆索上的力下降时，过压阀262关闭。由于辅助活塞242的作用，该力变为主活塞22在第一方向上的位移的函数39b，其类似于在力超过阈值之前的函数30，但是位于偏移位置处。

如果力下降到对应于与打开单向阀264相关的压力的水平(例如零压力)，则单向阀264允许辅助活塞244以基本恒定(例如零)的反作用力向后移动。这导致活塞以第二力水平移动，该第二力水平实际上可以像第一力水平32那样略微变化。

当力从第二力水平上升时，辅助缓冲器24起作用以产生作为主活塞22在第一方向上的位移的函数38的力，类似于在力超过阈值之前的函数30，但是位于偏移位置处。可以注意到，在所得到的循环中，主贮存器260中的压力保持基本恒定，而辅助贮存器240中的压力随着力上升和下降。

当船舶利用联接至船舶的第一缆索固定装置和第二缆索固定装置系泊时，第一缆索固定装置和第二缆索固定装置在相反的方向上操作，例如，因为第一缆索固定装置和第二缆索固定装置联接至船舶的相对端，第一缆索固定装置和第二缆索固定装置两者均可为图4中示出的类型。

图3d示出了当两个缆索固定装置在相同的船舶的相反方向上作用时作为船舶的位置的函数的力的曲线图，其中力是由两个缆索固定装置施加的力。在这种情况下，绘制的力沿相反方向作用。在船舶沿着码头移动的情况下，船舶的位置可以沿着码头定位，或者如果船舶在码头的平面中围绕竖直轴线稍微旋转，则船的位置可以沿着旋转角定位。

当产生外部力时，船舶的位置可能改变。原则上，船的最终位置对应于其中一条曲线在其中一条曲线相对于另一条曲线竖直位移外部力的净量之后交叉的位置。这导致船舶与图3b所示的示例相比具有较小的可变位置。

如果船舶上的外部力导致船舶移动并最终导致其中一个缆索固定装置进入牵引阶段，则另一个缆索固定装置将在其系泊缆索上施加增加的力，从而抵消船舶的移动。

具有增压的实施方式

图5示出了缆索固定装置的提供了多个缆索固定装置的更协调动作的实施方式。与图2中相同的附图标记指代相同的组件。在主缸20与辅助缓冲器24的辅助贮存器240之间的液压液体通道41中增加了可电子控制的辅助阀40。此外，缆索固定装置包括联接至辅助阀40的控制输入的控制单元46。通过示例的方式，缆索固定装置被示出为包括传感器42，控制单元46联接至传感器42、43的输出。此外，控制单元46包括电子通信装置44(作为示出的例子，电子通信装置44被示出为连接至控制单元46，但它可以是与控制单元46的其他组件相同的单元的一部分)。电子通信装置44可为无线收发器，诸如，WIFI收发器、UMTS接收器或用于通过不同的缆索固定装置之间的有线连接进行通信的装置。

当船舶利用联接至船舶的第一缆索固定装置和第二缆索固定装置系泊时，第一缆索固定装置和第二缆索固定装置在相反的方向上操作，例如，因为第一缆索固定装置和第二缆索固定装置联接至船舶的相对端，第一缆索固定装置和第二缆索固定装置两者均可为图5中示出的类型。

控制单元46配置成控制辅助阀40的关闭和打开。辅助阀40在液压液体通道41中的位置意味着关闭辅助阀40具有使辅助缓冲器24与主缸20中的液压断开连接的效果。因此，辅助阀40用于在辅助贮存器240与主缸之间提供可控的压力连通。可使用提供这种压力连通的任何位置辅助阀40。

控制单元46配置成当主缸20中的压力相对高时(例如，在对应于第一力水平32的水平处)关闭辅助阀40，使得即使当主缸20中的压力下降时，辅助贮存器240中也保持这种相对高的压力。控制单元46配置成当外部力使得系泊船舶在由缆索固定装置抵消的方向上移动时，在稍后时间重新打开辅助阀40。因此，此时(优选地在进入放出阶段之前)提供增大的力，这减少了移动。

图3e示出了这种增压力的示例。在该示例中，如响应曲线的部分300所示，辅助阀40在牵引阶段36之后仍然关闭，使得对力变化的响应导致很小的位置变化或未导致位置变化。如响应曲线的部分302所示，打开辅助阀40导致额外的力，这导致额外的牵引，在这之后，对力变化的响应变得类似于图3c的响应。随着力的增加，系泊缆索将被放出，并且如图中虚线所示，随着力的减小，系泊缆索将被牵引入。应该注意的是，仅为了说明的目的，已经选择用于示出在打开辅助阀40之后响应部分30的所示的力-位置陡度。实际上，例如，它可能会更加陡峭。

控制单元46可配置成使用多种方式中的任何一种来触发辅助阀40的关闭。举例来说，控制单元46可使用联接至主缸20或辅助贮存器240或者液压液体通道41的压力传感器43来检测压力何时超过阈值并且当超过阈值时触发关闭。可替代地，可使用可以被认为是控制单元46的一部分的机械脱扣装置，其在压力超过阈值时用于关闭辅助阀40。作为另一替代方案，控制单元46可联接至配置成测量主活塞位置的位置传感器32，并且控制单元46可以配置成根据所测量的位置控制辅助阀40的关闭。

类似地，可使用检测船舶的移动以触发辅助阀40的重新打开的多种方式中的任何一种。在实施方式中，控制单元46可配置成经由通信装置44接收信息并基于该信息控制重新打开。控制单元46可配置成从传感器42读取活塞位置和/或移动感测信息，并且经由通信装置44将导出的信息发送至另一个缆索固定装置的控制单元，以使该控制单元能够控制重新打开。

例如，如果感测信息指示活塞在指示缆索固定装置处于牵引阶段的方向和速度上移动，则该缆索固定装置的控制单元46可将指示该信息的导出信息发送至联接至船舶的相对端的缆索固定装置，并且后者缆索固定装置的控制单元46可使用该传输的信息来控制后者缆索固定装置中的辅助阀40的重新打开。在另一示例中，用于测量船舶的位置或移动的外部传感器可用于将信息传输至控制单元46以控制辅助阀40的重新打开。

应该注意的是，如果通信失败和/或控制单元46发生故障，则该装置仍使用过压保护部分26、主活塞22和主缸20提供安全系泊。在这种故障情况下，仅失去减少稳定位置的重复移动的功能。

控制单元46可包括(编程的或硬布线的)逻辑电路，其配置成控制单元46以使其执行所描述的功能，或者控制单元46可包括具有程序存储器的计算机，该程序存储器具有用于配置控制单元46执行此操作的程序。该选择可以由装置的控制单元46决定，其中辅助阀40基于经由电子通信装置44从另一缆索固定装置接收的传感器数据来关闭和打开。但是可替代地，这些选择中的至少一部分可通过另一缆索固定装置的控制单元或者通过两个装置外部的中央控制单元决定，并且这些选择中的至少一部分可通过命令进行通信以打开和/或关闭。在后两种情况下，控制单元46能够执行从电子通信装置44接收的命令以关闭和/或打开辅助阀40就足够了。

辅助缓冲器的阈值实施方式

图6示出了缆索固定装置的另一实施方式，其中，如过压保护部分26中那样，辅助贮存器240和主缸20通过第二单向阀47和第二过压阀48并联连接。辅助贮存器240具有与主贮存器260的压力特性不同的压力特性，这意味着，在各个贮存器中的液压液体的体积变化相等的情况下，主贮存器260中的压力变化比辅助贮存器240中的压力变化小。优选地，辅助贮存器240具有比主贮存器260小的体积。在实施方式中，第二过压阀48可设定成在过压力下打开，该过压力低于过压保护部分26的过压阀262被设定成打开时的过压力。

基本上，除了辅助贮存器240中的压力响应于液压液体的流入而比主贮存器260中的压力上升得更多之外，该实施方式的辅助贮存器240和主贮存器260以类似的方式起作用。

图3f中示出了最终的力位置图。增加比例阶段39a，其在高于对应于第二过压阀48的过压力的力水平处开始并且在由主贮存器限定的第一力水平32处结束。在比例阶段39a中，力与位置变化成比例地增加。这导致船舶的位置变化较小。选择图3f中示出的力-位置陡度是为了说明的目的，而不是作为代表性的陡度。

可选地，如图6中所示，可以以与图5的实施方式类似的方式设置控制单元、一个或多个传感器和电子控制辅助阀40，辅助阀40与第二单向阀47串联连接。这使得当力下降至第二力水平36时可以保持辅助贮存器240中累积的额外压力并且在进入放出阶段之前使用该额外压力进行增压，如图5的实施方式中那样，这减少了移动。与图5相比，使用第二过压阀48来填充辅助贮存器240具有当缆索固定装置处于中间阶段时可以提供更强的力-位置响应的效果。

应该注意的是，如果通信失败和/或控制单元46发生故障，则该装置仍使用过压保护部分26、主活塞22和主缸20提供安全系泊。在这种故障情况下，仅失去减少稳定位置的重复移动的功能。可省略单向阀47，因为其功能可通过辅助阀40实现，可选地在控制单元46的控制下实现。如果辅助阀40保持关闭或打开，则缆索固定装置基本上像没有辅助缓冲器的装置或类似于图4的装置那样操作。单向阀47用于在控制单元46发生故障时防止后者，从而确保良好限定的故障挽救模式。

在另一实施方式中，辅助阀40可与回流阀264串联联接。以这种方式可以实现相当的压力特性。在该实施方式中，当不使用辅助贮存器的压力-体积响应特性时，可以省略辅助贮存器。然而，使用辅助贮存器具有不影响主贮存器的操作的优点。

发电

图7示出了其中辅助缓冲器用于产生电力的实施方式，该电力可用于为控制单元46和通信装置44供电。为此目的，在辅助贮存器240与主缸20之间设置与第二过压阀47并联的流体驱动的发电机70、蓄电池电路72和液压流体流动通道，液压流体流动通道包括流体驱动的发电机70。该流体流动通道用作与包含阀的流体流动通道平行的泄漏旁路。流体驱动的发电机70的输出联接至蓄电池电路72。蓄电池电路72包括可充电电池，并且其可以包括传统的存储控制电路和/或输出电压控制电路(未示出)。蓄电池电路72的输出联接至控制单元46的电力输入。流体驱动的发电机70可包括流体电流限制器，或者流体电流限制器可与其串联放置，使得辅助贮存器240将仅由于流过流体驱动的发电机70的液压液体而缓慢地失去压力。

在操作中，当辅助贮存器240中的液压液体处于比主缸20中的流体更高的压力时，压力差驱动流体驱动的发电机70以产生电力，该电力存储在蓄电池电路72中。泄漏电流略微减小了力位置回路的面积，缆索固定装置通过该回路循环(参见图3a)，并且这代表了由船的运动产生并由液压液体吸收的能量。

图8示出了其中增加了单向阀74和与辅助贮存器240不同的另一个辅助贮存器76的实施方式。另一个辅助贮存器76用于产生电力。辅助贮存器240如图6的实施方式中那样连接。单向阀74联接在辅助贮存器240与另一个辅助贮存器76之间。流体驱动的发电机70联接在另一个辅助贮存器76与主缸20之间。单向阀74配置成当另一个辅助贮存器76中的液压液体压力低于辅助贮存器240中的液压液体压力时，使液压液体从辅助贮存器240和另一个辅助贮存器76通过。以这种方式，可确保总是可以从辅助贮存器240获得处于足够压力下的用于增压的流体。

应该注意的是，可以在任何所描述实施方式中使用与阀结合的具有另一个辅助贮存器76和流体驱动的发电机70的结构，其中，该阀允许液压液体压力利用来自主缸20的液压液体建立，且该压力除了通过流体驱动的发电机之外不释放。在其他实施方式中，可使用已经存在的用于其他目的的一个或多个贮存器来代替另一个辅助贮存器76用于发电。在实施方式中，从主缸20流动到辅助贮存器240的液压液体可用于驱动发电机。如上所述，在一些实施方式中，当不使用辅助贮存器的压力-体积响应特性时，可省略辅助贮存器，联接至辅助贮存器240的附加元件代替地联接至主贮存器260。使用辅助贮存器具有不影响主贮存器的操作的优点。

虽然在缆索固定装置的实施方式中示出了多个阀，但是应该注意，缆索固定装置中可存在更多的阀。例如，可存在可手动操作的阀来关闭或打开液压回路的可选部分，或可存在附加的单向阀以防止对于所需操作无贡献的电流流动的可能性。尽管液压液体回路的所有组件均显示为经由单个连接件连接至主缸，但应该注意，它们可经由不同的连接件连接。可以存在另外的控制致动器，例如过压调节致动器，以使控制单元能够控制打开一个或多个过压阀的过压阈值。类似地，可以存在另外的压力传感器以例如监测不同的液压液体贮存器中的压力。可以使用控制单元的取决于传感器输入的控制来实现多个阀的功能。

虽然已经示出了这样的实施方式，其中系泊缆索的拉力用于克服由液压回路限定的压力而将主活塞从主缸拉出，应该注意的是，代替地，可以使用传动机构将来自系泊缆索的拉力转换成这种力，即，该力用于克服由液压回路限定的压力而将主活塞推入主缸。在这种情况下，液压回路应连接至主缸的另一端，而不是如图中所示那样。

Claims (14)

1.液压系泊缆索固定装置，包括：

液压缸、位于所述液压缸中的活塞、以及连接部，所述连接部连接至所述液压缸和所述活塞，以用于在船舶与系泊点之间将所述装置连接在系泊缆索连接中，

过压保护部件，联接至所述液压缸，所述过压保护部件包括主贮存器，所述主贮存器容纳气体和液压液体，所述过压保护部件包括过压阀和单向阀，所述过压阀和所述单向阀彼此并联联接在所述液压缸与所述主贮存器之间，所述过压阀配置成当所述液压缸中的第一压力与所述主贮存器中的第二压力之间的差超过第一阈值时，使液压液体从所述液压缸流向所述主贮存器，所述单向阀配置成当所述差降低至比所述第一阈值低的第二阈值时，使液压液体从所述主贮存器流向所述液压缸，

辅助贮存器，联接至所述液压缸，所述辅助贮存器容纳气体和液压液体，所述主贮存器具有与所述辅助贮存器的第二压力-体积变化特性不同的第一压力-体积变化特性，在从所述液压缸交换相等体积的液压液体的情况下，所述主贮存器中的压力的变化小于所述辅助贮存器中的压力的变化。

2.根据权利要求1所述的液压系泊缆索固定装置，包括：

可控阀，联接在所述辅助贮存器与所述液压缸之间，并且配置成当开启时允许所述辅助贮存器与所述液压缸之间的液压压力连通，且当关闭时阻止所述液压压力连通；

控制单元，包括用于接收传感器信号和/或命令信号的输入部、联接至所述可控阀的控制输入部的输出部，所述控制单元配置成根据所述传感器信号和/或命令信号控制所述可控阀的开启和关闭。

3.根据权利要求1或2所述的液压系泊缆索固定装置，包括：

另一过压阀，联接在所述液压缸与所述辅助贮存器之间，所述另一过压阀配置成当所述主贮存器中的第一压力与所述辅助贮存器中的第三压力之间的差超过第三阈值时，使液压液体从所述液压缸流向所述辅助贮存器，所述第三阈值介于所述第一阈值与所述第二阈值之间。

4.根据权利要求3所述的液压系泊缆索固定装置，包括：

另一单向阀，联接在所述液压缸与所述辅助贮存器之间，所述另一单向阀配置成当所述降低至所述第二阈值以下时，使液压液体从所述辅助贮存器流向所述液压缸。

5.根据权利要求1所述的液压系泊缆索固定装置，包括：

流体连接部，位于所述辅助贮存器与所述液压缸之间，所述流体连接部配置成至少在所述过压阀保持关闭的所有压力下使所述液压缸和所述辅助贮存器中的所述液压液体压力平衡。

6.根据前述权利要求中任一项所述的液压系泊缆索固定装置，包括：

流体流动通道，位于所述液压缸与所述辅助贮存器之间以及；

流体流动驱动的电力发电机，连接至所述流体流动通道。

7.根据前述权利要求中任一项所述的液压系泊缆索固定装置，包括：

流体流动通道，位于所述液压缸与所述辅助贮存器之间；以及

流体流动驱动的电力发电机，连接至所述流体流动通道。

8.根据权利要求2所述的液压系泊缆索固定装置，其中，所述控制单元包括用于从另一液压系泊缆索固定装置或中央单元接收信息和/或命令的通信装置，以及其中，所述控制单元配置成根据所述信息和/或命令控制所述可控阀的开启。

9.根据权利要求8所述的液压系泊缆索固定装置，包括：

位置传感器和/或运动传感器，配置成测量所述活塞相对于所述液压缸的位置和/或移动，

其中，所述控制单元配置成经由所述通信装置向所述另一液压系泊缆索固定装置或所述中央单元发送从所述位置传感器和/或所述运动传感器得到的信息或命令，以用于控制所述另一液压系泊缆索固定装置。

10.一种液压系泊系统，包括至少两个根据前述权利要求中任一项所述的液压系泊缆索固定装置，所述液压系泊系统位于码头上，以沿着所述码头的方向对连接至同一船舶的系泊缆索施加具有相反方向分量的拉力。

11.固定系泊船舶的方法，使用第一缆索固定装置和第二缆索固定装置，所述第一缆索固定装置和所述第二缆索固定装置各自包括液压缸和位于所述液压缸中的活塞、容纳液压液体和气体的主贮存器和辅助贮存器，所述方法包括：

分别经由所述第一液压系泊缆索固定装置和所述第二液压系泊缆索固定装置的活塞和液压缸，将第一系泊缆索和第二系泊缆索从所述船舶联接至码头，所述第一系泊缆索和所述第二系泊缆索沿着所述码头的方向对所述船舶施加具有相反方向分量的力；

当所述第一系泊缆索或所述第二系泊缆索上的力分别超过第一阈值时，将液压液体分别从所述第一缆索固定装置和所述第二缆索固定装置中的所述液压缸释放至所述主贮存器；

当在所述第一缆索固定装置和所述第二缆索固定装置中所述主贮存器中的液压压力分别大于阈值以下的第二阈值时，分别使液压流体从所述第一缆索固定装置和所述第二缆索固定装置中的所述主贮存器返回至所述液压缸，

在没有液压流体分别通过所述第一缆索固定装置和所述第二缆索固定装置中的所述主贮存器从所述液压缸释放或返回到所述液压缸的阶段期间，分别在所述第一缆索固定装置和所述第二缆索固定装置的所述液压缸与所述辅助贮存器之间提供液压压力连通流体。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，响应于检测到所述第二缆索固定装置和所述第一缆索固定装置在所述第二系泊缆索或所述第一系泊缆索中的牵引，分别在所述第一缆索固定装置和所述第二缆索固定装置中选择性地致动所述液压压力连通。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，当所述液压缸中的液压流体压力超过所述辅助贮存器中的压力第三阈值时，所述液压流体从所述第一缆索固定装置和所述第二缆索固定装置中的所述液压缸转移至所述辅助贮存器。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，包括通过所述第一缆索固定装置和所述第二缆索固定装置中的所述辅助贮存器与所述液压缸之间的液压液体压力差来驱动电力发电机。