CN113924247A - 可分离塔式叉臂系泊系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种用于在海上将浮动船连接至塔式结构的叉臂系泊系统。该系统可以包括支撑结构，该支撑结构具有从该支撑结构悬置的一个或更多个延伸臂。压载箱可以连接到该一个或更多个延伸臂上，以及叉臂可以从该压载箱延伸并且连接到该压载箱上。该叉臂可以包括塔连接器，该塔连接器被布置在该叉臂的第二端部上以用于连接到该塔式结构。第一绞盘系统可位于支撑结构上并且经由第一线绳或第一缆索在叉臂的第二端部附近处连接至叉臂。第二绞盘系统可经由第二线绳或第二缆索连接至压载箱。

Description

可分离塔式叉臂系泊系统及其使用方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年4月5日提交的美国临时专利申请第62/830,082号的优先权，其通过引用并入本文。

技术领域

所描述的实施例总体上涉及海上系泊系统。更具体地，所描述的实施例涉及系泊系统，所述系泊系统用于在海上将船连接至海上塔式结构(诸如用于烃生产的塔式结构等)。

背景技术

在海上石油和天然气的钻探和生产中，系泊系统已经用于将浮式生产储油船(FPSO)、浮式储油船(FSO)和其他浮动船连接至开放海域中的各种塔式结构。一些常规的系泊系统是永久性的，意味着连接的船能够被保持在具有固定航向的位置上。因此，此类永久性系泊系统取决于恶劣天气可能被定向的地点。其他常规的系泊系统是可分离的，允许船离开现场，诸如避免像恶劣的海洋、台风、飓风以及冰山等恶劣天气事件和条件等。

常规的系泊系统(无论是永久性的还是可分离的)已经使用了旋转系统以允许船围绕其系泊点随风向改变，以更好地适应变化的海况。常规的旋转系统使用了位于船内部或外部的转塔系统以及转台型浮标(turntable type buoys)。此类可旋转的系统允许船在正常至恶劣条件(包括季节性气旋天气系统或冰山占主导地位的那些海上的恶劣环境)下随风向移动。

转台型浮标不适用于恶劣的海上环境。转塔型系统更常见。然而，常规转塔系统的问题可能是系统的尺寸和复杂性以及对于用于流体、气体、化学品、液压动力、电力和控制传输的相关联的旋转堆叠的需要。常规转塔型系泊系统的另一个问题可能是需要及时地分离船以避免台风、飓风、冰山以及其他可能具有或可能不具有适当预先通知的极其危险的情况。分离和重新连接顺序可能是耗时的，这导致更多的生产时间损失、伤害或更糟。

塔式系泊系统是用在浅水域中的另一类型的系泊解决方案，其中，塔式结构可以固定至海床。常规的塔式结构通常包括轴承系统，其允许一个部件围绕固定的地质静止部件旋转。当用系泊连接件系泊到塔式结构的旋转部件时，船能够围绕塔式结构的地质静止部件随风向移动。典型的系泊连接件包括缆索系统或其他绳索、链条或细长连接件。另一种系泊连接件为柔性叉臂叉杆型系统(soft yoke wishbone type system)，该系统包括刚性钢框架，该刚性钢框架可使用一系列铰链连接至塔式结构并借助于摆式结构连接至船。产液(Production fluids)从塔经过位于转台上的旋转件并且通过软管从转台传输至船。塔通常包括用于歧管和其他处理设备的甲板空间。可经由从船经过叉臂延伸到塔的通道进入塔。

典型的塔式叉臂系泊系统用于不易于出现大风暴或极端海况的较浅水域的区域中，这些大风暴和极端海况要求船暂时离开该区域以避免危险。常规的塔式叉臂系泊系统能够被分离，但该过程可能非常耗时并且经常需要外部干预。

为了在经受更极端的海上情况的区域中安全地使用，可以高度期望的是具有一种塔式叉臂系泊系统，该塔式叉臂系泊系统能够容易地从船自身分离和再连接，而无需外部干预，并且能够在数小时内被连接和断开而不是在数天或数周内。

发明内容

本发明提供了一种改进的系统和方法，用于在海上使用船自身将浮动船与塔式结构连接和分离，而无需外部干预并且在数小时内执行而不是在数天或数周内。在一个实施例中，叉臂系泊系统(yoke mooring system)包括：支撑结构；一个或更多个延伸臂，该一个或更多个延伸臂从支撑结构悬置；压载箱，该压载箱连接至一个或更多个延伸臂；叉臂(yoke)，该叉臂从压载箱延伸并在该叉臂的第一端部处连接至压载箱，叉臂包括塔连接器，该塔连接器布置在该叉臂的第二端部上；第一绞盘系统，该第一绞盘系统位于支撑结构上，第一绞盘系统经由第一线绳或第一缆索在叉臂的第二端部附近连接至叉臂；以及第二绞盘系统，该第二绞盘系统经由第二线绳或第二缆索连接至压载箱。

在另一实施例中，提供了一种用于在海上将浮动船系泊至塔式结构的方法。该方法可以包括提供：浮动船，该浮动船具有安装在浮动船上部甲板上的支撑结构；一个或更多个延伸臂，该一个或更多个延伸臂从支撑结构悬置；压载箱，该压载箱连接至该一个或更多个延伸臂；叉臂，该叉臂从压载箱延伸并在该叉臂的第一端部处连接至压载箱，该叉臂包括塔连接器，该塔连接器布置在该叉臂的第二端部上；第一绞盘系统，该第一绞盘系统位于支撑结构上，该第一绞盘系统经由第一线绳或第一缆索在叉臂的第二端部附近连接至叉臂；以及第二绞盘系统，该第二绞盘系统通过第二线绳或第二缆索连接到压载箱。该方法进一步包括：将船定位成靠近该塔式结构，该塔式结构包括附接到其上的叉臂头连接器，该叉臂头连接器被适配成接收塔连接器；使用第三绞盘系统朝向塔式结构拉动船，该第三绞盘系统位于船上并且经由拉入线绳或缆索连接至塔式结构；将塔连接器与叉臂头连接器对准；使用位于支撑结构上的第一绞盘系统控制叉臂的竖直移动；以及致动叉臂头连接器内的液压缸以将塔连接器机械地连接到叉臂头连接器。

附图说明

根据作为本说明书的一部分的附图阅读，在理解本发明的以下详细描述后，本发明的优选实施例的各个方面和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。

图1描绘了根据本文提供的一个或更多个实施例的说明性叉臂系泊系统的示意图。该叉臂系泊系统可示出为固定至船的船首。

图2描绘了根据本文提供的一个或更多个实施例示意图，描绘了用于连接至图1的叉臂的说明性塔式结构。

图3描绘了根据本文提供的一个或更多个实施例说明性示意图，描绘了叉臂处于准备连接至塔的位置中。

图3A描绘了根据本文提供的一个或更多个实施例的船首的示意性平面图，以示出用于使用各种绞盘系统来控制压载箱的移动的说明性布置。

图4描绘了根据本文提供的一个或更多个实施例的说明性示意图，示出了在连接之前来自连接至塔的船的拉入线绳。

图5描绘了根据本文提供的一个或更多个实施例的说明性示意图，描绘了连接至塔的叉臂。

图6描绘了根据本文提供的一个或更多个实施例的在连接之前、船上的叉臂头以及塔上的叉臂头连接器的放大立体图。

图7描绘了根据本文提供的一个或更多个实施例的在连接之前、船上的叉臂头和塔上的叉臂头连接器的局部剖视图。

图8描绘了根据本文提供的一个或更多个实施例的连接至叉臂头连接器的叉臂头的局部剖视图。

图9示出了根据本文提供的一个或更多个实施例的连接至叉臂头连接器的叉臂头的放大立体图。

图10描绘了根据本文提供的一个或更多个实施例的系泊至塔的船的示意性立体图，其中，流体传输系统连接在船与塔之间。

具体实施方式

现在将提供详细描述。每条所附权利要求均限定了单独的发明，其中，出于侵权目的而被认为是包括在权利要求中指定的各种元素或技术特征的等同物。根据上下文，在一些情况下，对“发明”的所有引用仅指某些具体的或优选的实施例。在其他情况下，对“发明”的引用是指在一项或多项但不一定是所有的权利要求中陈述的主题。应当理解，以下公开描述了用于实现本发明的不同特征、结构或功能的多个示例性实施例。以下描述部件、布置和配置的示例性实施例以简化本公开；然而，这些示例性实施例仅作为示例提供，并不旨在限制本发明的范围。此外，本公开可以在各种示例性实施例中并且在本文提供的附图中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简单和清晰的目的，并且本身不规定在图中讨论的各种示例性实施例和/或配置之间的关系。此外，在以下的描述中，第一特征在第二特征上方或在第二特征上的形成包括其中第一特征和第二特征被形成为直接接触的实施例，并且还包括其中附加特征被形成在第一特征和第二特征之间，使得第一特征和第二特征不直接接触的实施例。以下呈现的示例性实施例可以以任何方式的组合来进行组合，即，来自一个示例性实施例的任何元素可以在任何其他示例性实施例中使用，而不背离本公开的范围。附图不一定按比例绘制，并且为了清楚和/或简明，附图的某些特征和某些视图可按比例或示意性放大示出。

此外，贯穿以下描述和权利要求书使用某些术语来指代具体部件。如本领域技术人员将理解的，各种对象可以通过不同的名称指代相同部件，并且因此，除非本文中另外特别地定义，否则本文中描述的元件的命名惯例不旨在限制本发明的范围。而且，本文使用的命名惯例不旨在区分名称不同而功能相同的部件。此外，在以下讨论中和在权利要求中，术语“包括(including)”和“包括(comprising)”以开放式的方式使用，并且因此应被解释为意指“包括但不限于”。

除非另外特别地陈述，否则本公开中的所有数值都是精确的或近似值(“约”)。因此，本公开的各种实施例可偏离本文所公开的数字、值和范围，而不偏离预期的范围。

此外，术语“或”旨在涵盖排他性和包含性两种情况，即，“A或B”旨在与“A和B中的至少一个”同义，除非本文中另外明确规定。除非上下文另有明确规定，否则不定冠词“一个(a)”和“一个(an)”是指单数形式(即，“一个(one)”)和复数指示物(即，一个或更多个)两者。本文使用的术语“上(up)”和“下(down)”；“向上(upward)”和“向下(downward)”；“上部(upper)”和“下部(lower)”；“向上地(upwardly)”和“向下地(downwardly)”；“上方(above)”和“下方(below)”；以及其他类似术语是指相对于彼此的相对位置并且不旨在指示特定的空间取向，因为装置和使用该装置的方法在不同角度或取向下可以是同等有效的。

现在将在下面更详细地描述每项发明，包括特定的或优选的实施例、版本和示例，但发明不限于这些实施例、版本或示例，提供实施例、版本或示例以使得本领域的普通技术人员能够在本公开中的信息与公众可获得的信息和技术相组合时制作和使用发明。

图1描绘了根据本文提供的一个或更多个实施例的示意性叉臂系泊系统100的示意图。叉臂系泊系统(“YMS”)100可位于或以其他方式布置在船105上，例如，在船105的顶部上。系统100可包括叉臂110、压载箱130以及连接至支撑结构150的一个或更多个连杆或延伸臂140。系统100还可包括第一绞盘系统或叉臂提升绞盘系统160以及第二回拉绞盘系统或叉臂回拉绞盘系统170。每个绞盘系统160、170可以是电动的、气动的、液压的或其组合。每个绞盘系统160、170还可具有运动补偿，包括主动升沉补偿(AHC)和/或被动升沉补偿(PHC)。在某些实施例中，绞盘系统160、170中的每一个可使用AHC、PHC和张力控制的任何组合来根据需要在恶劣的海上环境中快速且精确地提升和/或回拉叉臂110。

如下面更详细地解释的，每个绞盘系统160、170能够在必要的张力和负载下快速移动和具有快速反应时间，以在仅使用位于船105本身上的设施在海上与塔式结构连接和/或分离的同时，安全地操纵和控制叉臂110的移动。绞盘系统160、170可独立地使用或一起使用。每个绞盘系统160、170可以是或者可以包括专用液压动力单元以及一个或更多个绞盘、控制器、补偿缸、滑轮、蓄能器和/或油冷却器的任何组合。该一个或更多个绞盘和一个或更多个补偿缸可以并联或串联使用。该一个或更多个补偿缸可以是竖直的或水平的。在某些实施例中，该一个或更多个绞盘和一个或更多个补偿缸能够协力地(即，串联)使用，使得补偿缸以高速和低张力工作从而快速地收集线绳以控制叉臂110、压载箱130或两者的摆动移动，并且绞盘能够被设计为处理更高的张力要求，例如，诸如在初始提升期间和/或分离时的回拉期间等。

在操作中，第一或叉臂提升绞盘系统160例如可用于保持和控制叉臂110的移动，包括叉臂110的竖直运动，同时与塔式结构连接和/或分离。例如，当船105被拉至塔式结构200以便连接时，叉臂提升绞盘系统160可用于将叉臂110提升、降低和保持在位；并且在从塔式结构200分离期间，可用于支撑、处理和快速提升叉臂110。回拉绞盘系统170可用于保持和控制压载箱130的移动，包括在分离期间和在用于运送的储存期间，压载箱130的水平移动。回拉绞盘系统170可以用于影响压载箱130和叉臂110的偏航角(yaw angle)。例如，在分离期间，叉臂提升绞盘系统160和回拉绞盘系统170可一起使用以提升、降低、回拉和/或保持叉臂110，防止叉臂110与塔式结构200碰撞并对其自身或塔或两者造成物理损坏。回拉绞盘系统170可用于在连接期间操纵和控制压载箱的移动。在某些实施例中，在连接期间不使用回拉绞盘系统170。

仍参见图1，叉臂110可以是任何具有足以将船105连接至海上结构的强度的细长结构。例如，叉臂110可以由一个或更多个管状构件(图6和10中示出的111、112)形成。每个管状构件可具有圆形、方形或其他多边形的横截面形状。在某些实施例中，叉臂110可以具有以“V”形布置的成对的两个支腿，该成对的两个支腿在其一个端部处连接至压载箱130并且在另一个端部处连接至锥形耦合器或叉臂头115上。当连接时，压载箱130、延伸臂140以及叉臂110形成三角形形状的框架。如以下更详细地解释的，压载箱130、延伸臂140和叉臂110提供用于将船105系泊至塔式结构200的回复力。

支撑结构150可以是用于支撑叉臂110、压载箱130以及延伸臂140的升高的塔或其他框架式结构。支撑结构150可包括大致竖直的区段153和大致水平的区段155。大致水平的区段155可以是悬臂式的。大致水平的区段155可以延伸超过船105的船首并且有助于支撑叉臂110和箱130的重量。一个或更多个运送或连接臂146可用于在运送期间将叉臂110保持和固定到支撑结构150。

压载箱130可以是能够容纳水或其他压载物的任何容器、鼓状物或类似物。压载箱130可以连接至叉臂110和/或延伸臂140。当船105在海上移动时，压载箱130用作平衡力或恢复力。压载箱130可以通过一个或更多个延伸臂140连接至支撑结构150。

延伸臂140可以经由一个或更多个上部U-接头142连接至支撑结构150的大致水平的区段155。延伸臂140还可以使用一个或更多个下部U-接头144连接至压载箱130。延伸臂140可以包括机械地连接在一起的一个或更多个接合区段。经由通过延伸臂140的连接，支撑结构150悬置压载箱130。U-接头142、144被提供为一种类型的可使用的耦合器，然而，该一种类型的耦合器同样可以采用允许其连接件之间的角移动的任何类型的耦接。

压载箱130可以通过一个或更多个运送或连接臂145固定到支撑结构150的大致竖直的区段153上。每个运送臂145可以是可在船105的运送或储存期间可连接至压载箱130的可伸缩的或刚性构件。在图1中，YMS 100可被示出为在船105的船首顶部上的收起或运送位置中，由此运送臂145固定地附接至压载箱130，防止压载箱130独立于船105移动。在图3中，例如，运送臂145示出为处于收回位置中并且不连接至压载箱130，从而允许压载箱130相对于船105的运动自由地摆动。

通过“船(vessel)”，其可意指任何类型的浮动结构，包括但不限于油轮(tankers)、小船(boats)、轮船(ships)、FSO、FPSO等。本领域技术人员应当理解，YMS 100可以安装在改装船以及新建船上。

图2描绘了示意图，该示意图描绘了用于连接至图1的叉臂110的说明性塔式结构200。塔式结构200通常可固定至海床，但是也可为浮动的、锚固的和/或系泊的。塔式结构200可包括能够固定地附接至海床的底座或支架结构210以及布置在支撑柱230上、在水线上方的不同高度处的多个甲板220、222、224(示出了三个)。所属领域的技术人员可了解，甲板220、222、224被布置和设计以支撑各种处理设备、歧管等。

塔式结构200可以进一步包括布置在支撑柱230上的转台250。转台250可包括滚柱轴承(图6中的251)以允许经由船105的叉臂110使所连接的船105围绕塔式结构200自由地随风向移动。优选地，一个或更多个甲板(包括软管甲板)位于转台250上方并且能够与转台250一起旋转。

再次参见图1，叉臂提升绞盘系统160可连接至叉臂110，并且第二绞盘系统170可使用绳索、缆索、线材等或者它们的任何组合连接至压载箱130。叉臂提升绞盘系统160可用于控制叉臂110的移动，并且回拉绞盘系统170可用于控制压载箱130的移动。每个绞盘系统160、170可被运动补偿以在与塔式结构200连接和分离期间支撑叉臂110。每个绞盘系统160、170可位于支撑结构150上或船105的甲板上。绞盘系统160、170的尺寸、重量和总体几何形状可至少部分地决定系统100或船105上的最有利位置。

图3描绘了根据本文提供的一个或更多个实施例的说明性示意图，该示意图描绘了叉臂110处于准备连接至塔的位置中。如图所示，压载箱130可以经由线材或绳索或其他细长元件172被连接至回拉绞盘系统170，并且叉臂110的第二端部或远端可以经由线材或绳索或其他细长元件162连接至叉臂提升绞盘系统160。如所描绘的，运送臂145已经从压载箱130释放，并且运送臂146已经从叉臂110释放。在释放了运送臂145、146之后，叉臂110和压载箱130能够相对于船105自由地移动，并且这种移动可以由绞盘系统160、170限制、操纵和控制。

图3A描绘了船首的示意性平面视图，以示出用于能够使用多个绞盘来控制压载箱130的移动的说明性布置。例如，第三绞盘系统175或弹簧线(spring line)绞盘系统175可以与回拉绞盘系统170结合使用，以使用两根或更多根线材或绳索等(弹簧线)176来控制压载箱130的移动。具体地，回拉绞盘系统170可用于主要控制箱130向前和向后移动(例如，往返于船结构150)，而弹簧线绞盘系统175可用于主要控制箱130的从一侧到另一侧的移动。如同其他绞盘系统160、170，弹簧线绞盘系统175可以是或者可以包括专用液压动力单元以及一个或更多个绞盘、控制器、补偿缸、蓄能器和油冷却器的任何组合，以提供快速且可靠的响应时间。示回出了两组水平气缸310和滑轮320，该两组水平气缸310和滑轮320被配置成与回拉绞盘170和弹簧线绞盘175协力地或串联地工作，以用于控制压载箱130的移动。

YMS 100可以进一步包括第四绞盘系统或拉入绞盘系统180，用于朝向塔式结构200拉动船105，如图4所示，图4描绘了示出从拉入绞盘系统180穿过叉臂110到达塔式结构200的拉入线绳182的说明性示意图。拉入绞盘系统180和拉入线绳182能够为叉臂110到塔式结构200的结构式连接提供引导。拉入线绳182可以是任何绳索、缆索、线材等，以及它们的任何组合。如同其他绞盘系统160、170、175，拉入绞盘系统180可以是或者可以包括专用液压动力单元以及一个或更多个绞盘、控制器、补偿缸、滑轮、蓄能器和/或油冷却器的任何组合，以提供快速且可靠的响应时间。

图5描绘了说明性示意图，该示意图描绘了连接到塔式结构200上的叉臂110。为了便于该连接，塔式结构包括位于转台250上的叉臂头连接器或接收器270，该叉臂头连接器或接收器270接收位于叉臂110的远端上或接近叉臂110的远端的锥耦形合器或叉臂头115。锥形耦合器或叉臂头115也可以被称为塔连接器。图6描绘叉臂头115及叉臂头连接器270的放大立体图，且图7描绘在连接之前、叉臂头115和叉臂头连接器270的局部剖视图。叉臂头连接器270可以被布置和设计成与叉臂头115配合。叉臂头115和叉臂头连接器270两者都可以具有圆锥形或截头圆锥形表面：叉臂头115的内表面(母接头)和叉臂头连接器270的外表面(公接头)。这些互补表面提供滑动表面以促进和引导叉臂头115与叉臂头连接器270之间的连接。

参见图6和7，叉臂头连接器270可以使用允许相对于转台250的枢转运动的一个或更多个接头或连接器275来安装到转台250上。在优选实施例中，叉臂头连接器270是安装到转台250上的耳轴。耳轴连接器275可以从耳轴壳体277向外延伸。一个或更多个滚动轴承278可用于允许叉臂头连接器270相对于转台250旋转。一个或更多个气缸280(图4)，优选为液压缸，可附接至耳轴壳体277和转台250。气缸280可以用于帮助移动叉臂头连接器270，以便于与叉臂头115的连接。

图7示出了叉臂头115和叉臂头连接器270的工作内部构件的放大示意图。如所描绘的，液压连接组件705可安装在叉臂头连接器270内。液压连接组件705可包括壳体710，该壳体710具有穿过其而形成的孔715。壳体710可具有面向外的肩部720和形成在其上的延伸部或突出部722。一个或更多个间隔开的指状件或夹头区段740可以围绕壳体710布置在肩部720与突出部722之间。面向外的肩部720可邻近指状件740并与指状件740接触。

可移动套筒730可以围绕壳体710布置。可移动套筒730可以在一端部具有向内指向的凸缘732并且在相对端具有带734。带734可以邻近一个或更多个指状件740并被配置为接触一个或更多个指状件740。套筒730在第一方向(朝向船105)上的线性移动允许指状件740旋转或枢转至关闭位置或锁定位置，并且套筒730在相反的第二方向(朝向塔200)上的线性移动允许指状件740围绕壳体710的外表面旋转或枢转至打开位置或解锁位置。

一个或更多个液压缸或致动器750可以用于使套管730围绕壳体710的外表面移动，从而允许指状件740旋转或枢转打开和关闭。该一个或更多个致动器750可以被定位在可移动套筒730的向内指向的凸缘732与固定壳体710的面向外的肩部720之间并且被连接到可移动套筒730的向内指向的凸缘732与固定壳体710的面向外的肩部720上。致动器750可以是液压的或气动的，并且优选地是液压缸。当使用多于一个致动器750时，致动器750由单个控制器控制以提供套管730的同时操作和移动。致动器750可以由蓄能器和遥测控制阀从塔式结构200致动。蓄能器和遥测控制阀是本领域技术人员公知的。

仍参见图7，叉臂头115可以包括用于接纳并连接至叉臂头连接器270的液压连接组件705的配合毂760。环形适配器或构件761可设置在叉臂头115上，并可用于安装配合毂760。配合毂760也可以是环形构件，环形构件具有穿过其中所形成的孔762。配合毂760可包括凹入区段或接收器765，该凹入区段或接收器765可被定尺寸和定形状以接收组件壳体710上的突出部722。配合毂760还可包括有凹口的或有轮廓的外表面770。如图8所描绘的，有轮廓的外表面(the profiled outer surface)770可被配置成接合并保持类似波状的轮廓，该轮廓可布置在指状件740上，使得当指状件740旋转或枢转至它们的锁定或关闭位置时，位于指状件740上的成形的轮廓与配合毂760的外表面770彼此配合地接合。

图8描绘了连接至叉臂头连接器270的叉臂头115的局部剖视图。如所描绘的，致动器750已使可移动套筒730在第一方向上朝向船105移动，推动指状件740向内(朝向壳体710的外表面)旋转或枢转，使得连接器270上的指状件740接合配合毂760的凹入轮廓770。在该关闭位置中，指状件740大致平行于壳体710的孔715并且与配合毂760上的有轮廓的外表面770重叠，从而在它们之间形成锁定和钥匙(key)接合。同样在该关闭位置中，壳体710上的突出部722可以被定位在配合毂760的接收器765内。因此，叉臂头连接器270能够与叉臂头115完全接合，并且船105可牢固地系泊至塔式结构200。在接合时，叉臂头115不能独立于叉臂头连接器270移动或旋转。

图9描绘了连接至叉臂头连接器270的叉臂头115的放大立体图，该叉臂头连接器270从转台250延伸。尽管未示出，与致动器750成一直线的第二机械锁可用于保持连接而不需要液压压力。合适的第二机械锁可以是过盈套筒锁，例如由宾夕法尼亚州约克市的威尔曼动力学加工与装配股份有限公司(Wellman Dynamics Machining and Assembly Inc)制造的Bear-Loc^TM锁定装置。

本领域的技术人员应当容易理解，如本文提供的，液压连接组件705和配合毂760允许在负载下快速分离并且能够在恶劣条件下在海上执行。

再次参见图7，拉入绞盘系统180(在图5中最佳示出)的绳索或线绳182能够被连接或以其他方式附接至布置在叉臂头连接器270的耳轴壳体277上的孔眼279。该拉入线绳182能够分别穿过叉臂头连接器270的孔715和孔762以及叉臂头115，并在船105拉入期间用作叉臂110和叉臂头115的引导件。同样如图7所示，一个或更多个线绳引导件723可以布置在孔715、762内，以减少线绳182的擦伤或磨损。

图10描绘了根据本文提供的一个或更多个实施例的系泊至塔式结构200的船105以及连接在其间的流体传输系统的示意性立体图。流体传输系统可包括一个或更多个柔性跨接器1100，该跨接器1100可以是用于在塔200和船105之间传输油、气、水和工具的任何导管。柔性跨接器1100可为U形的悬链，以适应船105相对于塔200的移动。在船105系泊至塔200的正常操作期间，一个或更多个软管、流动管线和电缆1100在船105与塔200之间提供流体连通和/或电通信。

参见图4和图5，可更详细地描述用于将船105连接至塔式结构200的连接或系泊顺序。在操作中，叉臂提升绞盘系统160可邻近叉臂头115附接至叉臂110，并且船105可通过其自身的推进(例如使用由船的主推进系统施加的船尾推力等)来移动得更靠近塔式结构200。船105还可使用一个或更多个外部干预(排他地或与船的主推进系统结合，诸如通过一个或更多个拖船(tugs)、小船、轮船或其他船等)来移动得更靠近塔式结构200或以其他方式围绕塔式结构200操纵。“接近”是指小于400米远，诸如约200至350米远或小于60米远等。当船105在塔式结构200附近时，拉入线绳182可以投掷到塔式结构200上，其中线绳182的一端可以手动地连接到叉臂头连接器270内的耳轴壳体277内。另一引线或线绳(未示出)可以用于拉动拉入线绳182穿过耳轴壳体277，以便于拉入线绳182在叉臂头连接器270内的连接。

拉入线绳182延伸穿过叉臂头115的配合毂760并连接到拉入绞盘180。拉入线绳182可延伸穿过连接组件705及配合毂760内的多个线绳引导件723，以在叉臂头115接近用于连接的叉臂头连接器270时提供叉臂头115的初始引导。通过叉臂头115和叉臂头连接器270的配合锥形表面可以提供额外的引导。一旦拉入线绳182被固定到叉臂头连接器270，船的推进被反转以确保船105不与塔200碰撞。随着船105被反向推进或以其他方式远离塔式结构200推进，抵抗船105的推进工作的拉入绞盘将拉入线绳182卷绕，朝向叉臂头连接器270拉动船105，直到头部110的锥形表面与连接器270大致重叠。在该步骤期间，当延伸臂140和叉臂提升绞盘系统160支撑和引导叉臂115时，气缸280帮助对准和引导叉臂连接器270。当叉臂头115接近叉臂头连接器270时，叉臂提升绞盘系统160可用于作出小的调节。一旦叉臂头115的锥形表面和叉臂头连接器270的锥形表面大致接合，则连接组件705内的致动器750被致动以移动滑动套筒730和指状件740，从而将连接组件705机械地连接到配合毂760。当叉臂头115进入叉臂头连接器270时，接近开关(proximity switch)可提供信号。该信号可被发送至电磁致动控制阀，以致动叉臂头连接器270内的液压连接组件705并开始关闭指状件740。内部指状件夹头系统在叉臂头连接器270的连接组件705与叉臂头115内的配合毂760之间提供牢固的机械连接。此时，船105连接至塔式结构200并且成功地系泊。

接近开关可以提供指状件740完全关闭和锁定的指示。在接近开关向控制器和监测系统发送信号(指示叉臂头连接器270和叉臂头115被锁定)之后，气缸280可与叉臂头连接器270脱离接合，并且叉臂提升绞盘系统160可以与叉臂110脱离接合。拉入绞盘系统180的线绳182还可以从叉臂头连接器270断开连接。

本公开进一步涉及以下编号的实施例中的任何一个或更多个：

1.一种用于在海上将浮动船连接至塔式结构的叉臂系泊系统，该系统包括：支撑结构；一个或更多个延伸臂，该一个或更多个延伸臂从支撑结构悬置；压载箱，该压载箱连接至该一个或更多个延伸臂；叉臂，该叉臂从压载箱延伸并且在压载箱的第一端部处连接至压载箱，该叉臂包括布置在该叉臂的第二端部上的塔连接器；第一绞盘系统，该第一绞盘系统位于支撑结构上，该第一绞盘系统经由第一线绳或第一缆索在叉臂的第二端部附近连接到叉臂；以及第二绞盘系统，该第二绞盘系统通过第二线绳或第二缆索连接到压载箱。

2.根据实施例1所述的系统，其中，第一绞盘系统布置在叉臂的上方并且位于支撑结构上。

3.根据实施例1或2所述的系统，其中，第二绞盘系统布置在第一绞盘系统的下方并且大致在压载箱的侧面。

4.根据实施例1至3中任一项所述的系统，其中，塔连接器包括配合毂，该配合毂具有凹部和布置在该配合毂的外表面上的凹口轮廓，该配合毂是环形构件，环形构件具有穿过其中形成的孔。

5.根据实施例1至4中任一项所述的系统，其中，第一绞盘系统和第二绞盘系统各自是电动的、气动的、液压的或其组合。

6.根据实施例1至5中任一项所述的系统，其中，第一绞盘系统和第二绞盘系统包括电致动部件和液压致动部件两者。

7.根据实施例1至6中任一项所述的系统，该系统进一步包括第三绞盘系统，该第三绞盘系统通过第三线绳或第三缆索连接至压载箱，以用于控制压载箱的从一侧到另一侧的移动。

8.根据实施例1至7中任一项所述的系统，该系统进一步包括一个或更多个运送臂，该一个或更多个运送臂在其一个端部处连接至支撑结构，并且该一个或更多个运送臂在其第二端部处连接至压载箱，该一个或更多个运送臂被配置成防止压载箱独立于船移动。

9.根据实施例1至8中任一项所述的系统，该系统进一步包括一个或更多个运送臂，该一个或更多个运送臂在该一个或更多个运送臂的一个端部处连接至支撑结构，并且该一个或更多个运送臂在其第二端部处连接至叉臂，该一个或更多个运送臂被配置成成防止叉臂独立于船移动。

10.一种用于在海上将浮动船系泊至塔式结构的方法，该方法包括：提供浮动船，该浮动船包括：支撑结构，该支撑结构安装在该支撑结构的上部甲板上；一个或更多个延伸臂，该一个或更多个延伸臂从支撑结构悬置；压载箱，压载箱连接至该一个或更多个延伸臂；叉臂，该叉臂从压载箱延伸并且在该叉臂的第一端部处连接至压载箱，该叉臂包括布置在该叉臂的第二端部上的塔连接器；第一绞盘系统，该第一绞盘系统位于支撑结构上，该第一绞盘系统经由第一线绳或第一缆索在叉臂的第二端部附近连接至叉臂；以及第二绞盘系统，该第二绞盘系统通过第二线绳或第二缆索连接到压载箱；将船定位在塔式结构附近，该塔式结构包括附接到该塔式结构上的叉臂头连接器，该叉臂头连接器适配成接收塔连接器；使用第三绞盘系统朝向塔式结构拉动船，第三绞盘系统位于船上并且经由拉入线绳或缆索连接至塔式结构；将塔连接器与叉臂头连接器对准；使用位于支撑结构上的第一绞盘系统控制叉臂的竖直移动；以及致动叉臂头连接器内的液压缸以将塔连接器机械地连接到叉臂头连接器。

11.根据实施例10所述的方法，其中，靠近塔式结构意指小于60米远。

12.根据实施例10或11中任一项所述的方法，其中，拉入线绳穿过叉臂连接器和塔连接器。

13.根据实施例10至12中任一项所述的方法，其中，第三绞盘系统位于第一绞盘系统下方的船上。

14.根据实施例10至13中任一项所述的方法，其中，第二绞盘系统和第三绞盘系统位于第一绞盘系统下方的船上。

15.根据实施例10至14中任一项所述的方法，其中，第一绞盘系统位于压载箱上方。

16.根据实施例10至15中任一项所述的方法，其中，塔连接器包括配合毂，该配合毂具有凹部和布置在该配合毂的外表面上的凹口轮廓，该配合毂是环形构件，环形构件具有穿过其中形成的孔。

17.根据实施例10至16中任一项所述的方法，其中，每个绞盘系统是电动的、气动的、液压的或者其组合。

18.根据实施例10至17中任一项所述的方法，其中，每个绞盘系统包括电动致动部件和液压致动部件两者。

19.根据实施例10至18中任一项所述的方法，其中，浮动船进一步包括一个或更多个运送臂，该一个或更多个运送臂在其一个端部处连接至支撑结构并且在其第二端部处连接至压载箱，该一个或更多个运送臂被配置为防止压载箱独立于船移动。

20.根据实施例10至19中任一项所述的方法，其中，浮动船进一步包括一个或更多个运送臂，该一个或更多个运送臂在其一个端部处连接至支撑结构并且在其第二端部处连接至叉臂，该一个或更多个运送臂被配置为防止叉臂独立于船移动。

21.根据实施例7至20中任一项所述的系统或方法，其中，第三绞盘系统包括弹簧线绞盘系统。

22.根据实施例1至7中任一项所述的系统，该系统进一步包括一个或更多个运送臂，该一个或更多个运送臂在其一个端部处连接至支撑结构并且在其第二端部处连接至压载箱，该一个或更多个运送臂被配置为防止压载箱独立于船移动。

23.根据实施例1至7中任一项或22中所述的系统，该系统进一步包括一个或更多个运送臂，该一个或更多个运送臂在其一个端部处连接到支撑结构并且在其第二端部处连接到叉臂，该一个或更多个运送臂被配置成防止叉臂独立于船移动。

已经使用一组数值上限和一组数值下限描述了某些实施例和特征。应当理解，除非另外指明，否则涵盖包括任何两个值的组合(例如，任何较低值与任何较高值的组合、任何两个较低值的组合和/或任何两个较高值的组合)的范围。某些下限、上限和范围出现在以下一项或更多项权利要求中。所有数值是“约”或“近似”所指出的值，并且考虑了本领域普通技术人员所预期的实验误差和变化。

以上已经定义了各种术语。至于权利要求中使用的术语在上面不能定义的程度，应当给出所属领域人员已经给出如在至少一个印刷的出版物或公布的专利中反映的术语的最广泛的定义。此外，在本申请中引用的所有专利、测试程序以及其他文件的全部内容通过引用并入本文，只要此类公开内容与本申请不矛盾，并且适用于允许此类并入的所有司法管辖区。

虽然以上已经详细展示和描述了本发明的某些优选实施例，但显然本领域的普通技术人员将想到其修改和适配。因此，应当明确理解的是，在不背离其基本范围的情况下，可以设计这种修改和适配，并且本发明的范围是由随附的权利要求确定。

Claims (20)

1.一种用于在海上将浮动船连接至塔式结构的叉臂系泊系统，所述系统包括：

支撑结构；

一个或更多个延伸臂，所述一个或更多个延伸臂从所述支撑结构悬置；

压载箱，所述压载箱连接至所述一个或更多个延伸臂；

叉臂，所述叉臂从所述压载箱延伸并且在所述叉臂的第一端部处连接到所述压载箱，所述叉臂包括塔连接器，所述塔连接器布置在所述叉臂的第二端部上；

第一绞盘系统，所述第一绞盘系统位于所述支撑结构上，所述第一绞盘系统经由第一线绳或第一缆索在所述叉臂的第二端部附近连接至所述叉臂；以及

第二绞盘系统，所述第二绞盘系统经由第二线绳或第二缆索连接至所述压载箱。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一绞盘系统布置在所述叉臂的上方并位于所述支撑结构上。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二绞盘系统布置在所述第一绞盘系统的下方并大致在所述压载箱的侧面。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述塔连接器包括配合毂，所述配合毂具有凹部和布置在所述配合毂的外表面上的凹口轮廓，所述配合毂是环形构件，所述环形构件具有穿过所述环形构件形成的孔。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一绞盘系统和所述第二绞盘系统各自是电动的、气动的、液压的或其组合。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一绞盘系统和所述第二绞盘系统包括电致动部件和液压致动部件两者。

7.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括第三绞盘系统，所述第三绞盘系统经由第三线绳或第三缆索连接至所述压载箱以用于控制所述压载箱的从一侧到另一侧的移动。

8.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括一个或更多个运送臂，所述一个或更多个运送臂在所述一个或更多个运送臂的一个端部处连接至所述支撑结构，并且在所述一个或更多个运送臂的第二端部处连接至所述压载箱，所述一个或更多个运送臂被配置为防止所述压载箱独立于所述船移动。

9.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括一个或更多个运送臂，所述一个或更多个运送臂在所述一个或更多个运送臂的一个端部处连接至所述支撑结构，并且在所述一个或更多个运送臂的第二端部处连接至所述叉臂，所述一个或更多个运送臂被配置为防止所述叉臂独立于所述船移动。

10.一种用于在海上将浮动船系泊至塔式结构的方法，所述方法包括：

提供浮动船，所述浮动船包括：

支撑结构，所述支撑结构安装在所述支撑结构的上部甲板上；

一个或更多个延伸臂，所述一个或更多个延伸臂从所述支撑结构悬置；

压载箱，所述压载箱连接至所述一个或更多个延伸臂；

叉臂，所述叉臂从所述压载箱延伸并且在所述叉臂的第一端部处连接至所述压载箱，所述叉臂包括塔连接器，所述塔连接器布置在所述叉臂的第二端部上；

第一绞盘系统，所述第一绞盘系统位于所述支撑结构上，所述第一绞盘系统经由第一线绳或第一缆索在所述叉臂的第二端部附近连接至所述叉臂；以及

第二绞盘系统，所述第二绞盘系统经由第二线绳或第二缆索连接至所述压载箱；

将所述船定位在所述塔式结构附近，所述塔式结构包括附接至所述塔式结构的叉臂头连接器，所述叉臂头连接器被适配为接收所述塔连接器；

使用第三绞盘系统朝向所述塔式结构拉动所述船，所述第三绞盘系统位于所述船上并且经由拉入线绳或缆索连接至所述塔式结构；

将所述塔连接器与所述叉臂头连接器对准；

使用位于所述支撑结构上的所述第一绞盘系统控制所述叉臂的竖直移动；以及

致动所述叉臂头连接器内的液压缸以将所述塔连接器机械地连接至所述叉臂头连接器。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述塔式结构附近为小于60米远处。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述拉入线绳穿过所述叉臂连接器和所述塔连接器。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第三绞盘系统位于所述第一绞盘系统下方的所述船上。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第二绞盘系统和所述第三绞盘系统位于所述第一绞盘系统下方的所述船上。

15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一绞盘系统位于所述压载箱上方。

16.根据权利要求10所述的方法，其中，所述塔连接器包括配合毂，所述配合毂具有凹部和布置在所述配合毂的外表面上的凹口轮廓，所述配合毂是环形构件，所述环形构件具有穿过所述环形构件形成的孔。

17.根据权利要求10所述的方法，其中，每个绞盘系统是电动的、气动的、液压的或其组合。

18.根据权利要求10所述的方法，其中，每个绞盘系统包括电致动部件和液压致动部件两者。

19.根据权利要求10所述的方法，其中，所述浮动船进一步包括一个或更多个运送臂，所述一个或更多个运送臂在所述一个或更多个运送臂的一个端部处连接至所述支撑结构，并且在所述一个或更多个运送臂的第二端部处连接至所述压载箱，所述一个或更多个运送臂被配置为防止所述压载箱独立于所述船移动。

20.根据权利要求10所述的方法，其中，所述浮动船进一步包括一个或更多个运送臂，所述一个或更多个运送臂在所述一个或更多个运送臂的一个端部处连接至所述支撑结构，并且在所述一个或更多个运送臂的第二端部处连接至所述叉臂，所述一个或更多个运送臂被配置为防止所述叉臂独立于所述船移动。

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