CN113383129A - 船舶系泊系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种系泊柱单元在系泊柱的顶部设置有缆索保持装置。缆索保持装置具有第一滑轮、第二滑轮和缆索夹具，布置成经由第二滑轮来回引导来自船舶的系泊缆索越过第一滑轮到达缆索夹具。液压力限制器联接在第二滑轮与系泊柱之间。液压力在由滑轮的轴施加的力的方向上是可扩张和可压缩的。当力的峰值超过阈值时，液压力限制器暂时地屈服。该夹具包括一对卷筒，系泊缆索围绕该对卷筒前后延伸。通过同步地旋转卷筒，可在应力下拉入或放出系泊缆索。

Description

船舶系泊系统和方法

技术领域

本申请涉及一种用于系泊船舶的系泊柱和系泊缆索夹紧装置、以及系泊船舶的方法。

背景技术

根据WO2010/110666，已知使用可用于保持船舶沿码头停泊的液压缆索保持装置。当船舶的拉力超过阈值时，该装置放出系泊缆索，以及当力消失时，该装置将系泊缆索拉回。缆索保持装置在操作期间不需要外部动力源，因此是安全的，以免由于断电而发生故障。

原则上，还可在位于岸外的系泊点处使用这种系泊装置。但是在这样的位置，通常几乎没有可用的空间，并且涉及在水上行进以对缆索保持装置进行调整。例如，WO2010/110666的缆索保持装置需要预先设定液压压力，这可能需要手动干预和使用动力源。希望在停靠在水中的停泊柱上使用这种停泊装置，但是在这种停泊柱上的可用空间很小，并且很难接近。

发明内容

其中，本申请的一个目的是提供一种系泊柱，该系泊柱提供对由于系泊船舶的运动而产生的力的可控响应。

根据一方面，提供了根据权利要求1所述的系泊柱单元。在本文中，滑轮用于在液压力限制器上引导系泊缆索，当液压力限制器上的力超过阈值时，液压力限制器开始屈服。这使得可实现对由于系泊船舶在由系泊柱提供的有限空间内运动而引起的力的可控响应。

根据另一方面，系泊缆索使用夹紧装置将船舶连接至系泊柱，该夹紧装置包括第一可旋转摩擦卷筒和第二可旋转摩擦卷筒，该第一可旋转摩擦卷筒和第二可旋转摩擦卷筒在横向于第一可旋转摩擦卷筒和第二可旋转摩擦卷筒的第一旋转轴线和第二旋转轴线的偏移方向上彼此偏移地设置，使用在第一可旋转摩擦卷筒与第二可旋转摩擦卷筒之间交替地绕第一可旋转摩擦卷筒和第二可旋转摩擦卷筒以连续的半圆方式来回延伸的系泊缆索，在该方法中，第一可旋转摩擦卷筒和第二可旋转摩擦卷筒同步旋转，以分别从船舶和向船舶拉入和/或放出系泊缆索。这种夹紧方法使得可在应力下拉入和放出系泊缆索。这种夹紧装置和夹紧方法以及其部分或全部特征也可用于除系泊柱上之外的其它情况，但是其在系泊柱上的使用有利，因为仅需要很小的空间，并且不需要人工干预来调节所使用的系泊缆索的部分的长度。

根据另一方面，提供了根据权利要求8所述的系泊缆索夹紧装置。通过使用绕具有不同旋转轴线的多个摩擦卷筒来回缠绕的系泊缆索，可在应力下以很小的磨损拉入或放出系泊缆索。

这使得可使用例如碳纤维的纤维材料的系泊缆索。

在实施方式中，两个摩擦卷筒中的一个具有用于每次沿着半个圆通过系泊缆索的圆形凹槽。这增大了可处理的力的大小。在实施方式中，凹槽具有至少部分地呈圆形部分形状的横截面，当系泊缆索没有应力时，凹槽的圆形半径小于系泊缆索的横截面的半径，以及当所述系泊缆索处于应力下时，凹槽的圆形半径至少与系泊缆索的横截面的半径一样大。这进一步增大了可处理的力的大小。优选地，凹槽具有粗糙表面(例如，与摩擦卷筒的其它表面部分或摩擦卷筒的材料的自然粗糙度相比)，从而增大可处理的力。

缆索夹紧装置优选地具有控制电路，该控制电路配置成响应于接收到指示第一可旋转摩擦卷筒和第二可旋转摩擦卷筒的可选择的方向的命令信号，启动一个或多个马达，以使第一可旋转摩擦卷筒和第二可旋转摩擦卷筒在该可选择的方向上同步地旋转。控制电路可为编程的计算机，其具有使其执行所述操作的程序。控制电路可包括通信设备，例如用于接收命令的无线通信设备，从而可进行远程控制。在系泊柱单元中，控制电路可联接至一个或多个传感器，用于检测力限制器的状态，并根据力限制器的状态或该状态的时间依赖性的特征来控制由夹紧装置拉入和放出的系泊缆索。

因而，系泊柱单元可在系泊柱的顶部上设置有缆索保持装置。在实施方式中，缆索保持装置具有第一滑轮、第二滑轮和缆索夹具，缆索夹具布置成经由第二滑轮，来回地将系泊缆索从船舶越过第一滑轮引导至夹具。液压力限制器联接在第二滑轮与系泊柱之间。液压力在由皮带轮的轴线施加的力的方向上是可扩张和可压缩的。当力的峰值超过阈值时，液压力限制器暂时地屈服。该缆索夹具包括一对卷筒，系泊缆索围绕该对卷筒前后延伸。通过同步地旋转卷筒，系泊缆索可在应力下拉入或放出。

在实施方式中，系泊柱单元包括可旋转的支脚，该支脚布置成随着系泊柱的竖直方向而围绕旋转，第一滑轮、第二滑轮、缆索夹具和液压力限制器安装在所述支脚上。以这种方式，该单元能够处理船舶围绕系泊柱的运动。

在实施方式中，液压压缩力调节器具有分别相对于系泊柱靠近和远离的近端和远端，第二滑轮安装在远端，第一滑轮和缆索夹具安装在近端附近。因而，来自船舶的力被转换成作用在力限制器上的压缩力。这减小了力限制器中所需的内力。优选地，液压力限制器的膨胀和压缩方向在系泊柱的竖直方向上。这便于其在系泊柱上的使用。

附图说明

参考以下附图，从对示例性实施方式的描述中，这些目的和其它目的以及有利方面将变得显而易见。

图1示出了系泊柱单元；

图2示出了液压回路；

图3示出了夹具组件；

图4a至图4c示出了摩擦卷筒对单元的侧视图；以及

图5示出了摩擦卷筒的凹槽。

具体实施方式

图1示出了一种系泊柱单元，该系泊柱单元包括在顶部具有缆索保持装置的系泊柱10。系泊柱10提供了用于将力从系泊缆索传递至港口或基本上不移动的地面的固定力基座。系泊柱10可位于港口的水中、建立在港口地面上、或位于例如海底上的露天水体中。缆索保持装置包括支脚11、可逆液压压缩力限制器120、122、顶部滑轮14、底部滑轮16和夹具18。支脚11安装在系泊柱10的顶部，例如连接至系泊柱10的凸缘。优选地，支脚11具有在系泊柱10上的固定部分和在固定部分顶部上的可旋转部分，该可旋转部分可围绕竖直轴线旋转。这具有以下优点：允许缆索保持装置旋转(或被旋转)，以将底部滑轮16朝向系泊缆索与船舶的连接方向对准。

可逆液压压缩力限制器包括具有液压缸120和活塞杆122的液压缸组件。液压缸120、底部滑轮16和夹具18安装在支脚11上。底部滑轮16和夹具18位于液压缸120的底部附近。支脚11(如果适用的话，支脚11的可旋转部分)包括形成底部滑轮16的轴承的第一组平行板。优选地，如图所示，底部滑轮16和夹具18位于液压缸120的相对侧。同样优选地，如图所示，液压缸120位于系泊柱10的中心轴上方。

活塞杆122延伸至液压缸120中，并从液压缸120的顶部延伸。液压缸组件在液压缸120中容纳活塞(未示出)。顶部滑轮14的旋转轴安装在活塞杆122的顶部，横向于活塞杆122的运动方向。系泊缆索的路径19由虚线示意性地表示。在操作中，系泊缆索连接至船舶(未示出)，并从船舶延伸至底部，并围绕滑轮16的部分。系泊缆索从底部滑轮16延伸至顶部滑轮14的部分并越过顶部滑轮14的该部分。系泊缆索从顶部滑轮14延伸至夹具18。当船舶在系泊缆索上施加拉力时，夹具18确保系泊缆索的部分将在夹具18处保持在适当位置。

因而，系泊缆索在底部滑轮16、顶部滑轮14和夹具18上施加力。作用在顶部滑轮14和夹具18上的力基本上是竖直的，以及由底部滑轮16施加的力与竖直方向成角度，以将由系泊缆索的部分施加的侧向力传递至船舶，并且将竖直力从系泊缆索的部分传递至顶部滑轮14。图1将夹具18象征性地显示为盒子。在下文中将描述夹具18的有利实施方式，但是原则上，夹具18可简单地是系泊缆索与支脚11的连接部。

通过限制来自液压缸组件的、对滑轮14施加的向下压缩力的反作用力，液压缸组件起到可逆液压压缩力限制器的作用。至少当滑轮14施加的向下的力超过阈值时，液压缸组件不进一步抵抗压缩，以及当向下的力下降到阈值力以下时，液压缸组件将顶部滑轮14向上推回至少直到其达到最大延伸。

顶部滑轮14的向下运动具有以下效果：至少在力达到阈值时，至船舶的更多的系泊缆索长度变得可用。在系泊缆索的情况下，系泊缆索上的力是由于系泊船舶上的力，例如由于风载荷或膨胀。随着至船舶的系泊缆索长度的增加，允许船舶移动，这具有施加在系泊缆索上的力将下降的效果。因而，允许船舶移动避免系泊缆索上的力超过阈值所需的量。一旦系泊船舶上的力下降，顶部滑轮14的向上运动将系泊缆索拉回。

图2示出另外液压缸组件120、122的实施方式的液压回路。活塞杆122位于液压缸120中。液压缸120在活塞20与液压缸120的底部之间填充有液压液。活塞20和活塞杆122可形成整体结构，或活塞20和活塞杆122可为连接成一个结构来移动的单独结构。在这两种情况下，活塞20和活塞杆122将被表示为来自液压缸120和活塞杆122的部分，液压回路包括至少部分地填充有气体(例如空气或氮气)的封闭贮存器22。在实施方式(未示出)中，封闭贮存器22围绕液压缸120，封闭贮存器22的内壁由液压缸120的外壁形成，以及封闭贮存器22的外壁由围绕液压缸120的外壁的另一圆柱形壁形成。

液压液体存在于活塞20下方的液压缸120中，并位于贮存器22的底部。另外，液压回路包括在贮存器22与液压缸120的底部之间的液压液体管道中的第一阀24和第二阀26，即，活塞杆122朝向其压缩液压液的液压缸120的部分。

第一阀24是过压阀，其配置成当液压缸120中的液压流体压力超过贮存器22中的压力大于第一预定阈值差时，允许液压流体从液压缸120流向贮存器22。第二阀24是单向阀，其配置成当液压缸120中的液压液体压力下降到低于贮存器22中的压力时(或当液压缸120中的液压液体压力与贮存器22中的压力之间的差值下降到低于第一预定阈值差值的第二预定阈值以下时)，允许液压液体从贮存器22流向液压缸120。可理解的是，第一阀和第二阀可实现为仅在液压缸中的压力处于阈值之间的范围内时才关闭的单个阀。可基于压力传感器(未示出)记录的压力来控制阀或单个阀，压力传感器用于感测液压缸中的压力。可使用电子控制或机械控制。传感器和/或机械控制可与阀集成在一起。

因为活塞杆122将活塞20推向液压流体，所以作用在液压流体上的压力等于由活塞杆122施加的力除以液压缸的横截面积，而不受活塞杆122的厚度的影响。当液压流体上的压力超过由第一液压流体限定的阈值压力差时，液压回路屈服于来自活塞20的压力，从而允许活塞杆122下降到液压缸中，而基本上不会进一步增大活塞杆122上的力。

由顶部滑轮14施加在液压缸组件上的向下的力是施加在系泊缆索上的力的两倍。当船舶施加在系泊缆索上的拉力超过阈值力的一半时，活塞20在液压缸120中下降而不增加反作用力，结果缆索保持装置放出缆索。当船舶的拉力下降时，液压液体从贮存器22返回到液压缸120，向上推动活塞20，使得当活塞在液压缸中上升时，系泊缆索被拖回。

应当注意的是，代替所示的可逆液压压缩力限制器的实施方式，可使用其它可逆的力限制器装置，例如类似于在WO 2018/048303中描述的那些力限制器装置。另外，应当理解的是，液压缸组件可倒置，使得液压缸120位于顶部，活塞杆122连接至支脚11，以及顶部滑轮14位于液压缸120的顶部。类似地，可使系泊缆索的路径更加复杂，例如使得液压缸120和活塞杆122不需要是竖直的，或可使用多于一个的压缩力限制器。

而在另一实施方式中，可使用可逆的张力限制器，例如当使用由于系泊缆索上的张力而将活塞杆122拉出而不是将活塞杆推入的滑轮装置时。例如，可在框架上增加两个附加的滑轮，使得附加的滑轮位于顶部滑轮14的上方，以及系泊缆索从底部滑轮16向上延伸至第一附加滑轮，从第一附加滑轮向下延伸到顶部滑轮14，以及随后从顶部滑轮14向上延伸到第二附加滑轮，并从第二附加滑轮向下延伸到夹具18。在这种情况下，当系泊缆索处于张紧状态时，顶部滑轮14将被拉起。

可逆张力限制器的实施方式与所述的可逆压缩力限制器类似，除了液压液体和从液压缸120到贮存器22的连接可设置在液压缸120中的活塞20的顶部活塞杆侧，即，设置在活塞20的另一侧，其中密封件在液压缸120的顶部围绕活塞杆122。在这种情况下，如果顶部滑轮移动到液压缸120的底部，则同样如此。类似地，可使用附加的滑轮来将作用在液压缸组件上的力重定向到其它方向，使得可将液压缸120定向到其它方向。但是，图1所示的实施方式是最具鲁棒性的解决方案。

图3示出了形成夹具18的实施方式的夹具组件，该夹具将由缆索施加的力传递至力基座。夹具组件将力分配到系泊缆索上，并使得可调节系泊缆索从系泊柱到船舶的长度。在所示的实施方式中，夹具组件包括用于存储过剩的系泊缆索长度的卷绕卷筒34和摩擦卷筒对，摩擦卷筒对包括具有相等直径的第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32，用于通过将张力从系泊缆索传递至力基座来执行夹紧。第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32被称为摩擦卷筒，因为它们的表面和系泊缆索之间的摩擦用于在卷筒与系泊缆索之间传递力。第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32联接至力基座，并相对于彼此保持固定的空间关系。例如，第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32二者均可安装在一对安装板(未示出)之间。安装板连接至用作力基座的缆索保持装置(未示出)的支脚。优选地，第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32定位成使它们的旋转轴线几乎水平，且几乎竖直地在彼此上方。

系泊缆索的路径19从顶部滑轮(未示出)延伸至第一可旋转摩擦卷筒30(摩擦卷筒对中的最低者)，并从该处在第二可旋转摩擦卷筒32与第一可旋转摩擦卷筒30之间来回多次，并最终延伸至卷绕卷筒34。

图4a至图4c示出了摩擦卷筒对单元的实施方式的侧视图。摩擦卷筒对单元包括第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32、第一安装板34a和第二安装板34b以及马达36a、36b。在这些图中，示出了坐标轴，其中，z轴在第一可旋转摩擦卷筒30的旋转轴线的方向上，x轴基本上是摩擦卷筒之间的偏移方向(摩擦卷筒的旋转轴线的偏移)，即从一个卷筒延伸至另一个卷筒的缆索部分的方向。y轴与x和z轴正交。如将要讨论的是，摩擦卷筒30、32的旋转轴线优选地位于平行的y-z平面中，x轴垂直于这些平面。

第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32可旋转地安装在第一安装板34a的一侧上，并且在第二安装板34a、34b的相对侧上。第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32中的每一个的表面包括多个圆形凹槽40，即不是螺旋凹槽，而是单独的凹槽，每个凹槽均平行于垂直于卷筒的旋转轴线的平面，凹槽在沿着整个圆运行之后返回自身。已经发现的是，六个凹槽对于实际目的已足够。然而，应当注意的是，可使用其他数量的凹槽，例如使用更多的凹槽也可以，并且对于某些类型的船舶来说，较少的凹槽就足够了。同样，仅在摩擦卷筒中的一个上使用用于单独转动系泊缆索的凹槽也可足够。

图4b、图4c分别以z-y平面、即垂直于摩擦卷筒30、32之间的偏移的平面、以及第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32的旋转轴线300、302的横截面示出了第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32。在图4b中，为了清楚起见，未示出第一可旋转摩擦卷筒30上的凹槽，而在图4c中以虚线示出第一可旋转摩擦卷筒30。如图4b、图4c所示，第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32的旋转轴线300、302不平行，而是以非零角度围绕x轴线(即摩擦卷筒之间的偏移方向)彼此相对地旋转。两个摩擦卷筒的旋转轴线可不垂直于安装板，或一个摩擦卷筒的旋转轴线可垂直于安装板，而另一个摩擦卷筒的旋转轴线可不垂直于安装板。优选地，旋转轴线300、302位于平行平面(y-z平面)中。该角度设定成使得沿着围绕第二可旋转摩擦卷筒32的凹槽中的半圆的缆索路径的进入点和退出点在第一可旋转摩擦卷筒30上的连续凹槽40之间的距离上沿第一可旋转摩擦卷筒30的轴向(z)方向移动。在一个实例中，该角度是8度。

在数学术语中，当摩擦卷筒30、32具有相同的外径“D”且在两个摩擦卷筒上连续凹槽之间的间距(凹槽中心到凹槽中心的距离)是“d”(参见图4a)时，摩擦卷筒的中心旋转轴线之间的角度的正弦是d/D(即sin(角度)＝d/D)。因而，给定的节距限定了旋转轴线之间的最佳角度，或反之亦然，该角度限定了最佳节距“d”。应强调的是，实际角度不需要精确地等于该数学关系：近似等式满足(例如，sin(angle)在(d-w)/D和(d+w)/D之间，其中w是小于节距d的一半的误差余量，例如节距d的四分之一)。另外，可注意到的是，摩擦卷筒不必严格地具有相同的直径：如果第一可旋转摩擦卷筒和第二可旋转摩擦卷筒30分别具有直径D1、D2，则角度的正弦可为d1/D2(sin(角度)＝d1/D2)，或至少在(d1-w)/D2和(d1+w)/D2之间，并且d1/D2＝d2/D1。

图5更详细地示出了摩擦卷筒的凹槽40的实施方式。优选地，凹槽40中的第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32的表面是粗糙表面。在一个实例中，可通过不锈钢粉末喷砂来使凹槽中的表面粗糙。在横截面中，凹槽40的壁在凹槽40的底部具有U形，并且在向上更高处为V形横截面。在U形部分，凹槽40中具有弧形横截面部分52，该弧形横截面部分52具有至少60度弧度。V形部分52的横截面在没有曲率的情况下发散，或至少具有可变或恒定的曲率半径，该曲率半径大于圆形部分横截面部分52中的曲率半径。

卷筒对单元的凹槽宽度可设计成适于给定的系泊缆索类型。在弧形的横截面部分52中，凹槽40的曲率半径小于当系泊缆索50不处于张力下时系泊缆索50的半径，但是该曲率半径如此之大以致当系泊缆索直径由于系泊缆索上的张力增加而减小时，系泊缆索越来越多地装配到凹槽的弧形的横截面部分52中。宽度可取决于缆索的直径和类型。

在一个实例中，该宽度可设计用于直径为77毫米的无张力的迪尼玛(dyneema)(聚乙烯)系泊缆索。在张力下，这种系泊缆索的直径可减小到大约70-71毫米。摩擦卷筒30、32具有大得多的直径，例如500毫米或更大，使得由于弯曲而引起的系泊缆索疲劳受到限制。

在操作中，系泊缆索可在用于系泊船舶之前缠绕在卷筒对单元30、32上。例如，可首先将系泊缆索缠绕在卷筒34上，并且可将来自卷筒34的缆索的端部在摩擦卷筒30、32上来回缠绕多次。当马达36a、36b同步地旋转第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32时，可将系泊缆索从卷筒对单元中拉出。

当船舶被系泊时，系泊缆索的端部被带到船舶上并固定到船舶，或连接至来自船舶的缆索。随后，第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32在一个方向上围绕其轴线同步旋转，使得缆索缠绕在下卷筒上，并从这里开始旋转半周后，缠绕在上卷筒上，等等。以这种方式，将系泊缆索从船舶拉入。例如，系泊缆索可被拉入，直到系泊柱与船舶之间拉紧，而不会导致液压回路中的过压阀打开。优选地，系泊缆索被拉入到使得缆索连接点在船舶上的过度运动将导致液压回路中的过压阀打开。

马达36a、36b联接成驱动第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32的旋转，例如通过滑动联接件。马达36a、36b可包括行星齿轮组件以增加扭矩。每个马达36a、36b还可联接至固定臂(未示出)，以提供使马达的固定部分不旋转的反作用力。臂可例如联接至另一马达的臂和/或安装板34a和/或两者。通过使用马达36a、36b与第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32之间的滑动联接件，可确保同步旋转。

滑动联接件具有另一个优点，即一旦液压缸组件最大程度地压缩，则滑动联接件可用于限制施加在液压缸组件上的向下的力。

可替代地，一个或多个马达36a、36b可在受控滑动模式下使用，其中一个或多个马达36a、36b，例如在控制电路的控制下，使第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32同步旋转，以便在系泊缆索的应力超过阈值时放出系泊缆索。

滑动联结件或受控滑动模式限定了由系泊缆索施加的滑动阈值力，在该滑动阈值力下，由系泊缆索施加的力引起滑动联结件开始滑动，或受控滑动模式被激活。类似地，液压缸组件限定由系泊缆索施加的压缩阈值力，在该压缩阈值力处，由系泊缆索施加的力使液压缸组件开始压缩。

在实施方式中，由系泊缆索施加的滑动阈值力大于由系泊缆索施加的压缩阈值力。(这里所用的滑动阈值力和压缩阈值力与联接件滑动和液压缸组件开始压缩的系泊缆索中的应力水平有关)。

结果，当系泊缆索上的应力增加并达到压缩阈值力时，液压缸组件将首先放出系泊缆索。如果液压缸组件被最大程度地压缩，并且系泊缆索上的应力进一步增加，达到滑动阈值力，则以受控滑动模式操作的滑动联接件或摩擦卷筒30、32将放出系泊缆索。尽管相同的滑动联接件可用于连接至驱动摩擦卷筒的一个或多个马达和允许放出，但应当理解的是，不同的滑动联接件也可用于这些目的。

在实施方式中，控制电路配置成使用一个或多个位置传感器来确定何时液压缸组件被最大程度地压缩，位置传感器代替液压压力传感器或除了液压压力传感器之外感测活塞相对于液压缸的位置。

在实施方式中，控制电路配置成使一个或多个马达36a、36b响应于检测到液压力限制器已经在预定距离上屈服，使得摩擦卷筒开始放出系泊缆索，使得已经放出预定长度的系泊缆索。例如，控制电路可响应于检测到活塞已经到达其在压缩下限制其运动的停止而实现这一点。在另一实施方式中，控制电路可响应于检测到所测量的活塞位置指示液压缸组件的压缩距离超过第一阈值压缩而实现这一点。

在这些实施方式中，控制电路配置成使系泊缆索的放出继续处于受控滑动模式，直到位置传感器指示液压缸组件已经从停止位置或从第一阈值压缩膨胀超过阈值距离为止，并且一旦达到该阈值距离就停止放出系泊缆索。这将液压缸组件置于响应于系泊船舶的运动的位置。

与液压缸组件相比，用摩擦卷筒放出系泊缆索提供了更大范围的系泊缆索长度，但通常以更有限的最大速度放出。在利用液压缸组件放出系泊缆索和利用滑动联接件或受控滑动联接件利用摩擦卷筒放出系泊缆索之间的另一个区别在于，当系泊缆索上的应力下降时，前者固有地反向，而后者不反向。

优选地，当由于滑动联接件的滑动或在受控滑动模式下的操作而已放出一定长度的系泊缆索时，在由于系泊缆索上的应力而导致的力已经下降到压缩阈值力以下之后，驱动第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32旋转的一个或多个马达36a、36b被启动。卷绕卷筒可与摩擦卷筒30、32同时操作，以接收在系泊缆索中拉入的长度。

例如，摩擦卷筒30、32可操作为当力达到滑动阈值力时拉入先前已经放出的相同长度的系泊缆索，或可继续拉入直到由系泊缆索施加的力达到低于压缩阈值力的预定阈值。系泊柱单元可包括一个或多个传感器，以帮助选择拉入的长度，例如，旋转传感器，其配置成在放出和拉入期间感测摩擦卷筒30、32的旋转量，或压力传感器，其配置成测量液压缸组件的缸中的液压流体的压力。照相机可用于获得系泊缆索或系泊船舶相对于系泊的图像。

可由操作者(岸上或船舶上)使用来自一个或多个传感器的输入和/或基于图像来远程控制拉入操作。可替代地，在控制电路的控制下，可使用自动拉入控制，通过联接至这样的一个或多个传感器的输入部，以及用于控制摩擦卷筒30、32的旋转的输出部。

在实施方式中，马达36a、36b是液压驱动的马达或电动马达，其通过具有液压流体的公共供应管道进行驱动。因而，旋转在力动态平衡的意义上是同步的。如果一个摩擦卷筒暂时提供比另一个摩擦卷筒更小的阻力，则液压压力将使提供更小阻力的摩擦卷筒比另一个摩擦卷筒稍微旋转更多，从而使阻力差反向。系泊柱可具有电动泵，以在马达的液压回路中产生压力。在另一实施方式中，马达之间的齿轮联接件可用于使马达同步。当使用电动马达时，马达也可电子同步。

尽管示出了包括两个马达的马达组件，但是应当理解的是，替代地，可使用包括在摩擦卷筒30、32中的一个上的单个马达和从该卷筒到另一个的机械传动装置或来自单个马达和两个卷筒的机械传动装置的马达组件。在一个实施方式中，通过在单个马达与第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32之间使用滑动联接件可确保同步旋转，该滑动联接件布置成确保马达力传递至提供最小阻力的摩擦卷筒30、32，或如果摩擦卷筒30、32提供相同的阻力，则传递至摩擦卷筒30、32两者。

当第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32旋转时，从卷筒对单元出来的缆索部分可卷绕在卷绕卷筒34上，卷绕卷筒34可由另一个马达(未示出)驱动，该马达比马达36a、36b需要更少的功率。类似地，当第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32在两个摩擦卷筒反向操作时，卷绕卷筒34可放出缆索。

在系泊过程中拉入系泊缆索之后，第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32的旋转相对于安装板锁定。这使得缆索保持装置处于故障安全状态，其中不需要诸如用于马达36a、36b的动力源用于其操作。当系泊缆索受到应力时，系泊缆索在第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32上的半圆上施加径向力，其中系泊缆索围绕第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32弯曲。这些径向力在凹槽中引起沿系泊缆索的周向粘滑力，这逐渐将系泊缆索上的拉力传递至第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32。在每个半圆之后，系泊缆索上的应力变得更小。

另外，随着系泊缆索上的拉力增大，系泊缆索直径减小。结果，系泊缆索更深地进入凹槽40，使得系泊缆索与第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32的接触面积增加，从而增加将拉力传递至第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32的粘滑力。

可理解的是，与其中通过将系泊缆索固定在一个点上来夹紧系泊缆索的解决方案相比，使用第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32来夹紧系泊缆索减小了系泊缆索上的最大力。同时，允许马达驱动地调节系泊缆索到船舶的长度。

另外，第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32的使用使得即使当系泊缆索处于应力下时，也可放出或拉入系泊缆索。基本上，这涉及第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32的同步旋转，如所描述的用于系泊。通过在与系泊期间相同的方向上同步地旋转第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32，可拉入系泊缆索。通过与该方向相反地同步地旋转第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32，可放出系泊缆索。

在这两种情况下，使用两个卷筒的优点在于，与当使用螺旋凹槽时相比，系泊缆索不需要在应力下在卷筒上沿卷筒的轴向方向滑动或穿过凹槽。替代地，通过将系泊缆索的每个部分移动至另一个卷筒，并使该部分与另一个卷筒一起以稍微不同的角度围绕旋转轴线旋转，实现系泊缆索的每个部分相对于每个卷筒的轴向位移。这减少了系泊缆索的磨损。

可理解的是，通过使用多于两个(N>2)的摩擦卷筒，可实现相同的优点，其中摩擦卷筒中的至少一些具有彼此成微小角度的旋转轴线。在这里，角度可选择成使得缆索路径从围绕每个摩擦卷筒的凹槽的出口点与缆索路径进入围绕下一摩擦卷筒的凹槽的入口点在离卷筒的公共基部相同的距离处。因而，系泊缆索可连续地在N个摩擦卷筒上行进，然后返回到连续的摩擦卷筒中的第一个。

尽管已经描述了其中摩擦卷筒具有相同直径的实施方式，但是应当注意的是，这不是严格需要的。充分的是，缆索路径从围绕每个摩擦卷筒的凹槽的出口点与缆索路径进入围绕下一个摩擦卷筒的凹槽的入口点距离卷筒的公共基部相同，并且缆索路径与所有摩擦卷筒的公共基部之间的距离的变化之和大致对应于凹槽的节距。

组合使用一个以上的摩擦卷筒使得可使用圆形凹槽，从而可使用圆形凹槽来增加(粘)滑动力，而对系泊缆索磨损的影响最小。然而，根据所需的力的大小以及缆索绕过卷筒的次数，卷筒可具有比所示实施方式更浅的凹槽，或连续的缆索部分甚至可彼此相邻地绕着多个摩擦卷筒缠绕，而不使用在摩擦卷筒中用于单独缠绕的凹槽。

使用第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32或更多摩擦卷筒在应力下放出或拉入系泊缆索的能力使得当检测到液压力限制器不仅仅是由于船舶上的通过力峰值而限制力时，可使用摩擦卷筒30、32或更多摩擦卷筒放出系泊缆索。类似地，当检测到由系泊缆索施加的力比预定时间长地保持在阈值以下时，可使用摩擦卷筒30、32来拉入系泊缆索。

在实施方式中，液压力限制器可设置有用于检测这种状况的传感器，例如以用于检测活塞位置的指示或活塞是否已经通过上阈值位置或下阈值位置的一个或多个位置传感器的形式。在其它实施方式中，一个或多个液压压力传感器配置成感测液压缸中的压力，和/或一个或多个液位传感器配置成感测贮存器中的液压流体液位。传感器结果可传送到控制室，马达可从控制室启动以旋转摩擦卷筒。系泊柱可包括通信系统，通信系统配置为发送传感器结果，并接收用于此目的的马达控制命令。通信系统可为例如无线系统，其使用无线数据网络接收机或发射机或有线系统，即，使用延伸至海底以下的系泊柱的通信缆索。

在实施方式中，自动调节系统可例如与控制计算机或其它控制电路一起使用，控制计算机或其它控制电路配置成当传感器的传感器指示系泊缆索上的力高于上阈值或低于下阈值时，或这种情况持续超过预定时间量时，启动马达。

当船舶已经解开系泊时，系泊缆索从船舶上脱离联接。当发生这种情况时，马达36a、36b可开始同步地旋转第一可旋转摩擦卷筒30和第二可旋转摩擦卷筒32，以便将系泊缆索从船舶上拉出，并且将缆索系泊缆索缠绕到卷绕卷筒34上

可注意到的是，类型的夹具也可用于在除了系泊柱之外的其它位置，例如沿着码头，夹紧来自船舶的系泊缆索。摩擦卷筒的旋转轴线不需要是水平的。替代地，例如，摩擦卷筒的旋转轴线可为竖直的。该夹具可用作动态系船柱，其能够远程控制从系船柱到船舶的缆索长度，即使在缆索保持在船舶保持系泊时出现的应力下的负载状态下。

Claims (19)

1.一种系泊柱单元，包括系泊柱和位于所述系泊柱顶部的缆索保持装置，所述缆索保持装置包括：

-第一滑轮、第二滑轮和缆索夹具，其布置成经由所述第二滑轮来回引导来自船舶的系泊缆索越过所述第一滑轮到达所述夹具，

-液压力限制器，联接在所述第二滑轮与所述系泊柱之间，其中所述第二滑轮的旋转轴安装在所述液压力限制器上，所述液压力限制器横向于液压力可膨胀和可压缩的方向，所述液压力限制器配置成当所述系泊缆索上的拉力超过预定阈值时，在所述液压力的膨胀或压缩期间，响应于由于所述系泊缆索上的所述拉力而引起的、由所述第二滑轮施加的力，开始限制来自所述液压力限制器的反作用力。

2.根据权利要求1所述的系泊柱单元，其中，所述夹具包括缆索夹紧装置，所述缆索夹紧装置包括：

-第一可旋转摩擦卷筒，具有第一旋转轴线；

-第二可旋转摩擦卷筒，在横向于所述旋转轴线的偏移方向上从所述第一可旋转摩擦卷筒偏移，所述第二可旋转摩擦卷筒具有第二旋转轴线，所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线具有围绕所述偏移方向的相对于彼此的旋转；

-所述第一可旋转摩擦卷筒和所述第二可旋转摩擦卷筒限定系泊缆索路径，所述系泊缆索路径在所述第一可旋转摩擦卷筒与所述第二可旋转摩擦卷筒之间交替地在绕所述第一可旋转摩擦卷筒和所述第二可旋转摩擦卷筒的连续半圆中来回延伸；

-其中，所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线的相对旋转的角度使得在所述第二可旋转摩擦卷筒的相对侧上，所述系泊缆索路径与垂直于所述偏移方向的虚拟平面的交叉点在所述第一旋转轴线的方向上至少大致偏移所述系泊缆索路径的节距；

-一个或多个马达，布置成分别围绕所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线同步地驱动所述第一可旋转摩擦卷筒和所述第二可旋转摩擦卷筒旋转。

3.根据权利要求2所述的系泊柱单元，配置成在所述系泊缆索中的应力达到滑动阈值时和/或在所述液压力限制器已屈服至少超过预定长度时，允许或使所述第一可旋转摩擦卷筒和所述第二可旋转摩擦卷筒旋转以放出所述系泊缆索，其中，所述滑动阈值超过压缩阈值，在所述压缩阈值，所述系泊缆索中的所述应力引起所述液压力限制器开始限制所述反作用力。

4.根据权利要求2-3中任一项所述的系泊柱单元，其中，至少所述第二可旋转摩擦卷筒具有围绕所述第二可旋转摩擦卷筒的旋转轴线的多个圆形凹槽，所述圆形凹槽限定所述系泊缆索路径在所述第二可旋转摩擦卷筒上的连续部分，其中，所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线的相对旋转的角度使得通过垂直于所述偏移方向的虚拟平面在所述第二可旋转摩擦卷筒的相对侧上的、每个凹槽的横截面在所述第一旋转轴线的方向上至少大致偏移所述第一可旋转摩擦卷筒上的系泊缆索路径的节距。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的系泊柱单元，其中，所述第一可旋转摩擦卷筒具有围绕所述第一可旋转摩擦卷筒的旋转轴线的多个另外的圆形凹槽，所述另外的圆形凹槽限定所述系泊缆索路径在所述第一可旋转摩擦卷筒上的连续部分。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的系泊柱单元，包括在所述系泊柱上的马达驱动的卷绕卷筒，所述卷绕卷筒布置成从所述第一可旋转摩擦卷筒接收所述系泊缆索，并将所述系泊缆索馈送到所述第一可旋转摩擦卷筒。

7.根据权利要求2-6中任一项所述的系泊柱单元，包括系泊缆索，所述系泊缆索穿过所述凹槽中的连续凹槽来回延伸至所述第一可旋转摩擦卷筒。

8.根据权利要求7所述的系泊缆索夹紧装置，其中，所述凹槽具有至少部分地呈圆弧形状的横截面，当所述系泊缆索没有应力时，所述凹槽的圆形半径小于所述系泊缆索的横截面的半径，以及当所述系泊缆索处于应力下时，所述凹槽的圆形半径至少与所述系泊缆索的横截面的半径一样大。

9.根据权利要求2-8中任一项所述的系泊缆索夹紧装置，其中，所述凹槽具有粗糙表面。

10.根据权利要求2-9中任一项所述的系泊缆索夹紧装置，包括控制电路，所述控制电路配置成响应于接收到指示可选择的方向的命令信号而启动所述一个或多个马达，以使所述第一可旋转摩擦卷筒和所述第二可旋转摩擦卷筒在所述可选择的方向上同步地旋转。

11.根据权利要求2至10中任一项所述的系泊缆索夹紧装置，其中，所述系泊缆索由聚乙烯(dyneema)制成。

12.根据前述权利要求中任一项所述的系泊柱单元，包括可旋转支脚，所述可旋转支脚布置成围绕所述系泊柱的竖直方向旋转，所述第一滑轮、所述第二滑轮，所述缆索夹具和所述液压力限制器安装在所述支脚上。

13.根据前述权利要求中任一项所述的系泊柱单元，其中，所述液压力限制器是液压压缩力限制器，所述液压压缩力限制器具有分别相对于所述系泊柱靠近和远离的近端和远端，所述第二滑轮安装在所述远端处，所述第一滑轮和所述缆索夹具安装在所述近端附近。

14.根据前述权利要求中任一项所述的系泊柱单元，其中，所述液压力限制器的膨胀和压缩方向在所述系泊柱的竖直方向上。

15.根据前述权利要求中任一项所述的系泊柱单元，其中，所述液压力限制器包括液压缸、所述液压缸中的活塞、联接至所述活塞或与所述活塞形成整体部分的活塞杆、膨胀贮存器以及第一单向阀和第二单向阀，所述第一单向阀和所述第二单向阀联接成分别将液压流体从所述液压缸流入和流出所述膨胀贮存器，所述第一单向阀具有比所述第二单向阀更高的打开压力。

16.一种系泊船舶的方法，所述方法包括：将所述船舶连接至夹紧装置，所述夹紧装置包括第一可旋转摩擦卷筒和第二可旋转摩擦卷筒，所述第一可旋转摩擦卷筒和所述第二可旋转摩擦卷筒在横向于所述第一可旋转摩擦卷筒的第一旋转轴线和所述第二可旋转摩擦卷筒的第二旋转轴线的偏移方向上彼此偏移地定位；使用系泊缆索，所述系泊缆索在所述第一可旋转摩擦卷筒与所述第二可旋转摩擦卷筒之间交替地在绕所述第一可旋转摩擦卷筒和所述第二可旋转摩擦卷筒的连续半圆中来回延伸，在所述方法中，所述第一可旋转摩擦卷筒和所述第二可旋转摩擦卷筒同步旋转，以分别从所述船舶和向所述船舶拉入和/或放出所述系泊缆索。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述系泊缆索通过液压力限制器联接在所述船舶与所述夹紧装置之间，所述液压力限制器配置成在所述系泊缆索上的拉力超过预定阈值时，响应于所述系泊缆索上的所述拉力，通过屈服而开始限制来自所述液压力限制器的反作用力。

18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，当所述系泊缆索的应力超过滑动阈值时，允许或使所述第一可旋转摩擦卷筒和所述第二可旋转摩擦卷筒同步旋转，所述方法包括：在所述系泊缆索的应力下降之后，驱动所述第一可旋转摩擦卷筒和所述第二可旋转摩擦卷筒同步旋转，以将所述系泊缆索拉回。

19.一种系泊缆索夹紧装置，包括：

-第一可旋转摩擦卷筒，具有第一旋转轴线；

-第二可旋转摩擦卷筒，在横向于所述旋转轴线的偏移方向上从所述第一可旋转摩擦卷筒偏移，所述第二可旋转摩擦卷筒具有第二旋转轴线，所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线具有围绕所述偏移方向的相对于彼此的旋转；

-所述第一可旋转摩擦卷筒和所述第二可旋转摩擦卷筒限定系泊缆索路径，所述系泊缆索路径在所述第一可旋转摩擦卷筒与所述第二可旋转摩擦卷筒之间交替地在绕所述第一可旋转摩擦卷筒和所述第二可旋转摩擦卷筒的连续半圆中来回延伸；

-其中，所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线的相对旋转的角度使得在所述第二可旋转摩擦卷筒的相对侧上，所述系泊缆索路径与垂直于所述偏移方向的虚拟平面的交叉点在所述第一旋转轴线的方向上至少大致偏移所述系泊缆索路径的节距；

-一个或多个马达，布置成分别围绕所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线同步地驱动所述第一可旋转摩擦卷筒和所述第二可旋转摩擦卷筒旋转。

Images