CN1269743A - 船用接头 - Google Patents

Abstract

一船用接头,在海风浪期间该船用接头有利于诸大的浮动物体的对接,它能使两物体之间有充分的相对运动。一肘节突出部(22)安装在一浮动物体(10)上,一相配的装置(肘节突出部接收器(24)安装在第二浮动物体(10)上。该肘节突出部包含一肘节机构(30),该机构将两相对的具有锥形端部的横销(28)伸出和缩回。该肘节突出部接收器设有诸对应的锥形插口(46),以接收诸销的端部。

Description

船用接头

                      发明背景

1.发明领域

本发明总的涉及海上容器，更具体说涉及发生高海浪间期在海水环境里的大浮动物体的连接与脱开。

2.总的背景

在海水环境里的各种操作需要大浮动物体的连接和脱开。但是，要实现这样的操作，就产生独特而极端的工程与操作要求。

在无保护的水里的两浮动物体在高海浪状态时沿六个自由度发生较大的相对移动。可连接两个或较多浮动物体的装置设计得使该两物体沿其中一个或几个自由度的相对运动受到限制。旋转自由度是左右摇摆、晃动和纵摇。阻止两物体的相对摇摆就产生在水平面内的弯曲，阻止相对晃动就产生扭力，阻止相对纵摇则产生翘曲和下弯。由阻止每个转动自由度所产生的力矩必定由一对接头产生的力偶增大。当该力矩的力矩臂最大时，该力偶产生的阻力矩最大。所以，产生每个力偶的接头应当尽可能远地间隔开。平移自由度是摆动、颤动和起伏。阻止两物体的相对摆动在诸接头上产生横向负荷，阻止相对颤动在诸接头上产生纵向负荷，阻止相对起伏则在诸接头上产生垂直负荷。

阻止旋转自由度所需的力偶力比反抗平移自由度所需的力大得多。对于大物体，阻止相对纵摇所需的力偶的数值大得使船用接头必须设计成能释放这种纵摇。为阻止相对晃动和摇摆而设计的诸接头必须放置在船外某一尽可能远离船左弦和右弦的位置，但也必须设计成能释放纵摇的。晃动和左右摇摆的接头也可用来阻止相对的平移自由度。

图1表示出两个在它们的四角由四个接头(标号为“12”)相刚性连接的浮动物体10。在这种使用场合下的刚性连接意味着该连接不是顺从性的。尽管诸接头理想地设在诸极端位置，防止相对纵摇所需的力偶对于实际的设计显得太大了。

冲撞的海浪将多数负荷施加于诸连接的物体。所以，施加于连接的物体的诸负荷和在这些接头上引起的诸负荷主要是动态的。在有些场合下，连接的诸物体的动态响应可能是一个问题。例如，如图3所示，当几个物体10船头对船尾刚性连接在一起时，扭转在第一与第二波型之间有约为2的比值。因此，如第一扭振波型为二十秒钟，则第二扭振波型约为十秒钟。在水平面里的弯曲有稍大的约为2.7的比值。所以，如第一水平面弯曲波型为27秒时，第二波型则为10秒钟。这些比值太低，以致不能避免在高能量范围里随波共振。为了足够地跨越高能量范围波的诸周期，就要求第一与第二波型之比值约为6。例如，如将一结构设计得在扭转时具有27秒钟第一波型，则其第二扭振波型将约为4.5秒钟。在这一比值时，第一和第二扭振波型将分别落在高能量范围波的诸周期之上和之下。

如诸物体以上述给出的实例刚性连接时，则诸接头和支撑这些接头的结构必须设计得用于由扭转和水平面弯曲波型引起的动态放大的负荷。较高的负荷也将使疲劳问题变得更糟。一种可选的设计将是用具顺从性的接头取代刚性接头，从而有利地改变了诸连接单元的动态响应。对这一可选方案的重要的考虑是该接头的设计负荷等于该顺从构件(conpliant element)的最大能力，只要该顺从元件的设计使它从不到达其行程的末端处。

另一问题是必须使待被连接的两浮动物体足够接近地对准以便诸接头相互啮合。该对准操作被称之为对接，并必须用一对接系统使之方便进行。如果超过了对接和连接系统为之而设计的相对移动，那么，该操作不得不等候到中等海浪时出现的较小的相对移动之时进行。诸接头和支撑这些接头的结构必须设计得能抵抗由冲击的海浪引起的力。如诸连接物体遇到一越来越糟的大风暴，或发生一些其它紧急情况时，这些物体必须脱开，同时，诸接头抵抗大的负荷。所以，必须将诸接头的能力设计成当有负荷时就能脱开。一旦脱开后，诸浮动物体将很快产生两独立浮动物体的相对移动。因此，该连接和对接系统必须有利于两物体的快速分离，以防两物体上的诸零部件之间的碰撞。

还有，当在诸浮动物体之间使用多于一个的接头时，这些接头必须同步使它们全部同时连接或脱开。否则，将发生事故。

以下是在连接诸浮动物体时遇到的诸负荷的一实例。如有五个浮动物体，每个物体长一千英尺，宽四百英尺，为刚性安装的诸接头、左和右舷的设计负荷的数值从2万公吨变化到约十万公吨。为诸顺从性接头、左和右舷的设计负荷的数值从五千公吨变化到一万公吨。当这些类的负荷在作用时，诸接头必须能释放(脱开)。诸发明人尚未意识到满足这些要术的接头。

发明概要

本发明致力于实现上述需求。它所提供的是一船用接头，在海风浪期间该船用接头有利于诸大浮动物体的对接，该海浪使两物体之间有显著的相对运动。一肘节突出部(toggle nose)安装在一浮动物体上，一相配的装置(肘节突出部接收器)安装在第二浮动物体上。该肘节突出部包含一肘节机构，该机构将两相对的具有锥形端部的横销伸出和缩回。该肘节突出部接收器设有诸对应的锥形插口，以接收诸销的端部。在对接操作期间，肘节突出部和肘节突出部接收器上的斜角使在左右摆动时可有较松的允差。当将肘节突出部和肘节突出部接收器设在左、右舷时，可设置一中心对接探头，用作在对接操作期间的辅助导向。

附图简要说明

为了进一步理解本发明的特点和目的，请参阅下面结合诸附图的描述，在这些附图中相同的部分使用了相同的标号，其中：

图1表示了一种已有技术的刚性连接；

图2A和2B分别是俯视图和正视图，表示一种释放掉相对的纵摇的刚性连接；

图3是使用图2的诸接头连在一起的几个浮动物体的俯视图；

图4是本发明的肘节突出部接收器的立体图；

图5A是本发明的肘节突出部的局部被截去的视图，其中的相对的两横销处于它们的缩回位置；

图5B是沿着图5A中“B-B”线取的视图；

图6A是本发明的肘节突出部的局部被截去的视图，其中的相对的两侧销处于它们的伸出位置；

图6B是沿图6A中的“B-B”线取的剖视图；

图7是通过正处于其接收器中的肘节突出部的中心线的水平断面图，其中的一对侧销已缩回；

图8是通过正处于其接收器中的肘节突出部的中心线的水平断面图，其中的一对侧销已伸出；

图9A-9F是使用本发明在两浮动物体之间对接的顺序俯视图；

图10是使用与本发明连带一起的一顺从构件的示意图；

图11表示了本发明的一万向节头；

图12和13表示了在诸接头中的诸顺从构件的负荷和变形特性；

图14A-14C是通过正处于一肘节突出部接收器中的一肘节突出部的垂直剖视图；

图15表示了本发明的一种使用。

最佳实施例的详细描述

首先看图4和5，本发明的船用接头总的包括一肘节突出部22和一肘节突出部接收器24。图2A和2B大致示意表示了本发明的构思，其中的两浮动物体10用诸接头14通过诸横向共线销子16刚性连接起来。这些横向销子16释放相对的纵摇，但抵抗相对的左右摇摆和晃动，为此则要求诸对接头14要位于尽可能远离左、右舷的地方。

再看图5A、5B和6A、6B，肘节突出部22由一管子26、诸横销28、肘节机构30和支承33、35组成，其中的肘节机构30连接于诸横销28，以在一第一缩回位置与一第二伸出位置之间移动诸横销28。

管子26利用诸板29和支承33、35间隔开地刚性连接于浮动物体10。诸内部板31提供对该组合件的支撑。支承33、35滑动地接收并支撑诸横销28。一有翼支承33刚性连接于管子26的每一端。如从图5A可见的，有翼支承33的构形可提供一如“27”指明的、相对于浮动物体10的斜角。在肘节机构30的每侧上，一支承35位于管子26的内部。该管子提供一对于肘节突出部22的弯曲的前导边。在对接操作过程中，该倾斜而弯曲的前导边可避免要求与肘节突出部接收器24的严格对准。如从图6B可见的，诸滑块37配装在肘节机构30的中心销41的顶端和底端，在此诸肘节臂34可枢转地彼此相连。诸U形槽39被刚性安装在管子26上，并形成滑道32，这滑道32可滑动地接收滑块37，以产生朝前和朝后的肘节移动(如图5A和6A中的诸箭头所示)，并当沿着诸销子28的纵轴线施加负荷时，也限制了整个肘节机构30的侧面至侧面的移动。在机架26上设置一挡块38，该挡块38直接与轭架36对齐，其长度允许轭架36使肘节机构30略微移动超出其中心点(见图6A)。下面将介绍其用途。

在肘节机构的诸臂34的端部上连接有诸销子28，在管子26的任一端诸销子28可滑动地接收在支承35和33中，使在一第一缩回位置(见图5A)与一第二伸出位置(见图6A)之间移动。在诸附图中，诸销子28的端部42的形状显示为锥形。但是，由于有若干种回转表面是适用的，故词汇“锥形”应当看作任何数量的回转表面。

诸横销28的锥形端42具有几种作用。

当肘节突出部32被对接在肘节突出部接收器24中时，在浮动物体10之间仍然有相对移动，这将导致肘节突出部与接收器之间相对地移动。锥形销端和锥形座的尺寸足够大，使在诸销子伸展时，即使当销子与插口的相对位移最大时，也能使销子始终配合于插口。这样，诸锥形销端在浮动物体之间提供可靠的连接，同时这些物体可彼此相对移动。

当诸横销伸展开并处于插口中时，肘节突出部就被锁定在其接收器中。当施加任何作用力以分离该突出部和接收器时，锥形销端被向里推，迫使突出部顶靠于其挡块。如此，锥形销端提供了被动可靠的闭锁。

为使该肘节突出部从突出部接收器中脱开，必须有一驱动器(未图示)将肘节机构推或拉离挡块并通过中心。一旦肘节机构通过中心，它就没有足够大的负荷承担能力。当两浮动物体的分离反作用于倚靠在锥形销端的锥形座时，就使销端被向里移动，如被事先推离其挡块超过中心，这将使肘节机构曲折。这样，该锥形销端提供了一种自动脱开的特性。

肘节机构30的操作原理是为人熟知的，将两臂34铰接在一起，以作枢转运转，并且在它们的相对的端部每个连接于横销28的一端，这样，由轮架36产生的诸臂34的运动造成了诸横销28的相应的平移运动。

肘节突出部接收器24是由一合成的外壳和支撑框架44形成的(见图4、7和8)，它与一第二浮动物体10形成整体并刚性相连。该外壳/支撑框架44的诸侧面是倾斜一角度的，该角度与肘节突出部22的倾角互补。上、下和后边缘是弯曲的，并与肘节突出部22的前导边的弯曲形状互补。在每一侧有一插口46，这些插口的形状与尺寸与销端42的互补，使当在它们的第二伸展位置时接收诸销子28。图7表示了被接收在肘节突出部接收器24中的肘节突出部22，其中的诸销子28正处于它们的第一缩回位置。图8表示了被接收在肘节突出部接收器24中的肘节突出部22，其中的诸销子28正处于它们的第二伸展位置，并配合于诸插口46中。从图8可看到：当诸销子28充分配合于诸插口46中时，肘节突出部22和肘节突出部接收器24的尺寸应设定得使在管子26与外壳/框架44之间互不接触。唯一的接触点位于诸销子28的端部与外壳/框架44的诸插口46的表面之间。肘节突出部22和肘节突出部接收器24的相对的尺寸设定，以及诸销子28和插口46的定位的另一特点是：在对接期间，肘节突出部22的前导边可以被放置得充分接触于肘节突出部接收器24的最后部的内壁，而肘节机构30可仍然操作，以使诸销子28配合于诸插口46中。诸销端42和插口46的锥形使诸销子28配合于诸插口46，并迫使肘节突出部22和肘节突出部接收器24进入充分连接和锁定的非接触位置(如图8所示)。

一旦诸锥形销端42座落于诸插口46中，任何企图将肘节突出部22从肘节突出部接收器24中脱离出来的力必定遭到诸销子28的剪切的阻挡。诸销子28将沿一垂直于它们的轴线的方向以一与诸销子28中的剪节负荷相等的力作用于诸插口46上。此外，如诸销端为45°锥体时，在销子28上的剪切负荷将在其上引起一大小等于该剪切负荷的轴向力。诸销子28将以一等于其内的剪切负荷的负荷沿轴向推靠于诸插口46。诸插口46将该销子轴向负荷传送给外壳框架44，接着又将此负荷传送给如图14中表示的诸拉杆23。诸拉杆23从在肘节突出部接收器24的一侧上的外壳框架44延伸到在另一侧上的外壳框架44。如此，诸拉杆将在肘节突出部接收器的一侧中的负荷反作用于另一侧中的负荷。例如，假设有一个五万吨的纵向负荷作用，以将一肘节突出部22从其肘节突出部接收器24中脱开。在每个销子28中有一二万五千吨的剪节负荷阻挡该纵向负荷。在每个销端42上的诸剪切负荷将在销子28和肘节机构34中引起一二万五千吨的轴向负荷。该二万五千吨销子负荷将反作用于诸插口46，并通过诸外壳框架44传递到诸拉杆23。顶部和底部拉杆中的每一个产生一万二千五百吨负荷、并将该肘节突出部接收器的一侧反作用于另一侧。

当在用于与浮动物体相连接的左、右舷极端部上使用一肘节突出部22和肘节突出部接收器24的情况下，在对接过程中使用一对按探头(dockingprobe)和一插孔是有利的。图9A-9F表示了这样一种情况，也表示出对接顺序和本发明提供的左右摇晃允差。诸浮动物体10的相应诸端部分别设有一对接探头48和对接插孔(docking receptacle)50。

在操作时，通过压重物使诸浮动物体10沿垂直方向对齐，以获得正确的平衡度(trim)和吃水深度(draft)。使用诸如锚固系统或动力定位系统的定位装置以沿横向对齐诸浮动物体10，然后使诸端部彼此相对(见图9A)。当对接探头48配合于插孔50时(图9B)，迫使诸浮动物体10沿横向紧密对齐，以使诸肘节突出部22与诸肘节突出部接收器24开始啮合。图9C表示了一旦对接探头48啮合于插孔50时由本发明提供的用于在肘节突出部接收器24中啮合肘节突出部22的左右摇摆允差。图9D表示了当肘节突出部22与肘节突出部接收器24啮合时提供的左右摇晃允差。图9E表示了完全相啮合的诸肘节突出部22与诸肘节突出部接收器24。图9F表示了伸出的诸横销28和已完成的对接与连接操作。

图10示意表示了与本发明相结合的一顺从构件52的使用。在这一实施例中，如上面描述的一船用接头14设置了一示意表示并用标号“54”指出的万向接头。该万向接头54防止了诸浮动物体10在摆动、颤动和起伏时的相对平移，但允许诸浮动物体10在左右摇摆、晃动和纵摇时有相对转动。在左、右舷接头14上的诸共线横销28和万向接头允许诸浮动物体10有相对的纵摇。诸顺从构件52对拉伸和收缩提供阻力。所以，诸顺从构件52对连接的诸物体10的相对左右摇摆提供较大的阻力，对相对晃动也提供某些阻力。该顺从构件52在一第一端连接于接头14，在一第二端连接于浮动物体10。在左、右舷顺从构件52与浮动物体10之间的连接必须使用一用标号“54A”示意指出的万向节头。

图11表示了该中心万向节头54。肘节突出部接收器24设有一孔56。一纵向轴58的第一端60的大小能被收置在该孔56内。垂直销62插入在肘节突出部接收器上的一孔和通孔64中。如此，纵轴58从浮动物体10悬伸出肘节突出部接收器24，并允许绕垂直轴线转动。纵轴58的其余部分转动连接于浮动物体10，这样使整个组合件(接收器24和轴58)绕轴中心线转动。在肘节突出部上的诸相对的横向销子允许绕着横向轴线转动。因为允许绕着三条相互正交的轴线转动，所以形成一万向节头。

诸顺从构件产生了如图12所示形状的轴向负荷对于变形的关系。有这样的情况，其中，在图13所示的轴向负荷对变形的关系中示有间隙是有利的。间隙能固定或变化，这取决于具体要求。

本发明提供了几个优点。

肘节突出部和肘节突出部接收器的构形有利于对接，即迫使肘节突出部进入肘节突出部接收器能减少诸浮动物体之间的相对移动，并很好地控制住位置以进行连接。

当肘节机构被驱动通过中心紧靠于挡块时，诸横销由一被动系统锁定在啮合位置，该挡块与液体密封或任何其它液压的或机械的系统无关。

锥形销端与锥形插口能很好相连，同时使浮动物体可彼此相对运动。诸横销具有一短行程，以从充分缩回移到充分伸展的位置。这意味着能很快相连和脱开。肘节突出部和肘节突出部接收器的构形有利于在较高海浪中分离开。为了充分地分离，诸浮动物体必须只移动一短距离，即肘节突出部的半径。图7和14表示了这些优点：可从图看到的是，两浮动物体只要移动一等于待被分开的该肘节突出部的半径的总距离。因此，能很快地分离，肘节突出部22及其接收器24的形状允许该肘节突出部滑离该接收器而无损伤。

图14A-14C表示了当肘节突出部22正处于其接收器24中时对于诸浮动物体10的相对纵摇的大的允差。图14A表示了突出部与接收器向上弯曲(如箭头66表示的)。图14B表示出突出部与接收器正处于零纵摇位置。图14C表示突出部和接收器向下弯曲(如箭头68表示的)。

为了脱开，必须将肘节机构推离挡块通过中心。一旦推得那么远(至多几英寸)，该肘节机构能由两分离中的浮动物体的作用释放。

肘节突出部和肘节突出部接收器是一充分整体性对接和连接系统。该突出部和接收器的形状有利于对接和分离，并将肘节机构和其相对的诸横销支撑在完成连接的理想位置。

图3表示了本发明的一种使用，其中数个浮动物体10端对端相连。这种类型的设置可用于一活动的飘浮机场或基地的用途。图15表示了本发明的另一使用，其中，一运输驳船70和用来钻探和生产碳氢化合物的近海结构72使用本发明的船用接头14连接起来。这一连接使上层结构74从运输驳船70滑到近海机构72上，而不需要重型吊车驳船或现在使用的浮动系统。

由于可在本文传授的发明构思的范围内作出许多变化和不同的实施例，并由于可按照专利法规定的要求对本文细述的实施例作出许多修改，故可以理解本文所述的细节只是用作说明，而不是起到限制作用。

Claims (12)

1.一种连接两浮动物体用的船用接头，它包括：

a.一肘节突出部，它连接于一第一浮动物体；

b.一肘节突出部接收器，它连接于一第二浮动物体，所述肘节突出部接收器的构形能接收所述肘节突出部，并具有在其上的诸插口；以及

c.诸相对的横销，它们被接收在所述肘节突出部内，使能在一第一缩回位置与一第二伸出位置之间移动，在该第二伸出位置时诸横销与在所述肘节突出部接收器中的诸插口接触。

2.按照权利要求1的船用接头，其特征在于，所述肘节突出部和肘节突出部接收器具有互补的倾斜而弯曲的形状。

3.按照权利要求1的船用接头，其特征在于，还包括一肘节机构，该机构用于使诸相对的横销所述第一位置与第二位置之间移动。

4.按照权利要求3的船用接头，其特征在于，还包括一装置，该装置用于当诸相对的横销处于第二伸出位置时使所述肘节机构停止在一略微超过中心的位置上。

5.按照权利要求1的船用接头，其特征在于，所述肘节突出部接收器通过一顺从构件连接于第二浮动物体。

6.按照权利要求1的船用接头，其特征在于，当诸所述横销处于它们的第二伸出位置并被接收在所述肘节突出部接收器上的诸插口中时，诸所述横销和在所述肘节突出部接收器上的诸插口形成在所述肘节突出部与所述肘节突出部接收器之间的仅有的接触点。

7.一种连接两浮动物体用的船用接头，它包括：

a.一肘节突出部，它连接于一第一浮动物体，所述肘节突出部具有一弯曲的前导边和诸朝着第一浮动物体向外倾斜的侧面；

b.一肘节突出部接收器，它连接于一第二浮动物体，所述肘节突出部接收器具有一互补的形状，以接收所述肘节突出部，并具有在其上的诸插口；

c.诸相对的横销，它们被接收在所述肘节突出部内，使能在一第一缩回位置与一第二伸出位置之间移动，在该第二伸出位置时诸横销与在所述肘节突出部接收器上的诸插口接触；以及

d.一肘节机构，该机构用于使所述诸相对的横销在所述第一位置与第二位置之间移动。

8.按照权利要求7的船用接头，其特征在于，还包括一装置，该装置用于当所述诸相对的横销处于第二伸出位置时使所述肘节机构停止在一略微超过中心的位置上。

9.按照权利要求7的船用接头，其特征在于，所述肘节突出部接收器通过一顺从构件连接于第二浮动物体。

10.按照权利要求7的船用接头，其特征在于，当诸所述横销处于它们的第二伸出位置并被接收在所述肘节突出部接收器上的诸插口中时，诸所述横销和在所述肘节突出部接收器上的诸插口形成在所述肘节突出部与所述肘节突出部接收器之间的仅有的接触点。

11.一种连接两浮动物体用的船用接头，它包括：

a.一肘节突出部，它连接于一第一浮动物体，所述肘节突出部具有一弯曲的前导边和诸朝着第一浮动物体向外倾斜的侧面；

b.一肘节突出部接收器，它连接于一第二浮动物体，所述肘节突出部接收器具有一互补的形状，以接收所述肘节突出部，并具有在其上的诸插口；

c.诸相对的横销，它们被接收在所述肘节突出部内，使能在一第一缩回位置与一第二伸出位置之间移动，在该第二伸出位置时诸横销与在所述肘节突出部接收器上的诸插口接触，从而当诸所述横销处于它们的第二伸出位置并被接收在所述肘节突出部接收器上的诸插口中时，诸所述横销和在所述肘节突出部接收器上的诸插口形成在所述肘节突出部与所述肘节突出部接收器之间的仅有的接触点；

d.一肘节机构，该机构用于使诸所述相对的横销在所述第一位置与第二位置之间移动；以及

e.一装置，该装置用于当诸所述相对的横销处于第二伸出位置时使所述肘节机构停止在一略微超过中心的位置上。

12.按照权利要求7的船用接头，其特征在于，所述肘节突出部接收器通过一顺从构件连接于第二浮动物体。

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