TWI797270B - 拉頭連接器 - Google Patents

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安東尼約翰 利特爾
喬納森保羅 巴奈特
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英商第一海底有限公司
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Abstract

一種拉頭連接器(100)包括：一外殼(102)，其具有一管狀部(106)及一縱軸線；一附接組件(104)，其包括安裝於該外殼(102)中且可沿該縱軸線位移的一本體部，在該本體部(106)之一前端處用於附接至一牽引繩之一端的第一附接手段(108)，及在一後端處用於附接至一長形可撓構件之一端的第二附接手段(118)；該外殼(102)之該管狀部(106)包括複數個穿孔(122)，在穿孔(122)之每一者中安裝有一接合構件(124)，該等孔(122)及該等接合構件(124)係構造成允許該等接合構件(124)局部突出超過管狀外表面但防止該等接合構件(124)穿過該等孔(122)；該附接組件(104)之該本體部(106)之外表面包括複數個凹槽(126)，每一個凹槽(126)對應於該外殼(102)中的該等孔(122)之各別孔；及該附接組件(124)可相對於該外殼(102)在一第一位置與第二位置之間位移，其中在該第一位置，該等接合構件(124)接合該附接組件(104)且向外位移而局部突出超過該外殼(102)之外管狀表面，在該第二位置，該等孔(122)與該附接組件(104)中的該等凹槽(126)對齊，以允許該等接合構件(124)被收容於該等凹槽(126)中且徑向向內移動；該連接器(100)另包括偏壓手段(130)，其將該附接組件(104)朝向該第一位置偏壓。

Description

拉頭連接器
本發明係關於一種拉頭，用於安裝一長形可撓構件穿過水下結構之孔。
在離岸能量應用中，常需固定長形可撓構件如管或電纜等至離岸設施。這常係藉由將長形可撓構件的一端固定在安裝在結構上的所謂的J形管或I形管內而達成。
但在一些環境下，長形可撓構件須穿越所連結之結構壁中的孔。典型實例係電纜穿越安裝於海床上構成離岸風機本體的單樁壁處。在此類環境下，需將電纜拉過單樁壁中的孔而不使單樁或電纜本身受損。
在既有設施中，典型的長形可撓構件穿越安裝裝置，其係構造成與結構壁中的孔接合且固定於孔中。一般而言，此類安裝裝置係構造成穿越孔且鎖定位置，以防止該安裝裝置在前後方向上進一步移動。該安裝裝置具有長形可撓構件(例如電纜)可通過之內部長形通道。
在使用中，安裝裝置被載至電纜鋪設船上且 適配於受保護之電纜的一端周遭，及自船上被卸載至水中，移向風機支撐柱。習知方式係藉由自支撐柱延伸之牽引索為之，該牽引索固定至嵌於安裝裝置前端中之連接器構件之一眼孔。該牽引索亦連接至待鋪設電纜端部，且連接器構件具有弱鏈結(有時稱之為「斷連螺栓」)，其設計成在預定張力下斷開，使得當安裝裝置保持在支撐柱壁之孔中時，對牽引索進一步的拉扯會使得弱鏈結斷裂，且將繼續將電纜拉經安裝裝置。
在GB2536075A中揭示一實例，其中所揭示的安裝裝置具有一系列的彈簧負載球，從保護安裝裝置的表面突出，且當安裝裝置被拉經支撐結構中的孔時，用以緊固定保持安裝裝置定位。
既有配置苦於多種缺點。
首先，將弱鏈結斷開所需負載將視所拉之電纜或其他長形可撓構件之角度而變，因而不易按所需張力設計需斷開之弱鏈結。這個問題可藉由在安裝裝置前端設置定心器而解決，但會增加設施重量及製造與安裝成本。
再者，常使用數個不同尺寸的安裝裝置，需要視環境選擇適當的弱鏈結。
依本發明之第一態樣，一種拉頭連接器包括：一外殼，其具有一管狀部及一縱軸線；一附接組件，其包括安裝於該外殼中且可沿該縱軸 線位移的一本體部，在該本體部之一前端處用於附接至一牽引繩之一端的第一附接手段，及在一後端處用於附接至一長形可撓構件之一端的第二附接手段；該外殼之該管狀部包括複數個穿孔，在該等穿孔的每一者中安裝有一接合構件，該等孔及該等接合構件係構造成允許該等接合構件局部突出超過管狀外表面但防止該等接合構件穿過該等孔；該附接組件之該本體部之外表面包括複數個凹槽，每一個凹槽對應於該外殼中的該等孔中之各別孔；及該附接組件可相對於該外殼在一第一位置與第二位置之間位移，其中在該第一位置，該等接合構件接合該附接組件且向外位移而局部突出超過該外殼之外管狀表面，在該第二位置，該等孔與該附接組件中的該等凹槽對齊，以允許該等接合構件被收容於該等凹槽中且徑向向內移動；該連接器另包括偏壓手段，其將該附接組件朝向該第一位置偏壓。
因此，該拉頭連接器包括兩個可相對移動部，及偏壓手段，其將該兩個可相對移動部偏壓朝向一相對位置，其中該接合構件向外位移。在使用中，該等接合構件被收容於一安裝裝置之縱向通道之內管面中的互補形凹槽中，將該拉頭連器固定至該安裝裝置，使得其等通常一起移動。
在使用中，牽引繩的一端固定至在拉頭連接器前端處的第一附接手段，且電纜或其他長形可撓構件 的一端固定至拉頭連接器後端處的第二附接手段。隨著牽引繩被絞入，拉頭連接器及安裝裝置被拉經結構壁中的孔，長形可撓構件(例如電纜)將可經此通過。
安裝裝置被構造成固定於孔中，使其不再能夠移動。此時，拉頭連接器被鎖定至安裝裝置，但持續施加張力至牽引繩使得附接構件相對於其外殼向前位移，抵抗偏壓手段之恢復力，將附接構件中的凹槽與外殼中的孔對齊。此繼而允許接合構件徑向向內位移，藉此將接合構件自安裝裝置中的凹槽離開，繼而將拉頭連接器自安裝裝置離開。持續施加張力於拉頭連接器使得拉頭連接器及長形可撓構件(例如電纜)被絞至結構上。
相對於先前技術配置，一但安裝裝置被固定至結構中的孔中，為了將拉頭連接器自安裝裝置離開，沒有弱鏈結或斷連螺栓要被切斷。
使用偏壓手段允許拉頭連接器自安裝裝置離開的張力更精確地被判定，且與牽引繩施加張力的角度相關性更低。
接合構件可方便地包括球。
較佳地，每一個孔的第一外端直徑較小於球直徑。
偏壓手段較佳地包括複數個彈簧手段。
例如，偏壓手段可包括在外殼與附接構件間延伸之複數個氣彈簧。在一配置中，氣彈簧的缸體固定於外殼中的對應凹槽中，且氣彈簧的活塞固定至附接構件。
氣彈簧的缸體可與外殼的縱軸線對齊。
附接構件的主體部的外表面中的凹槽較佳地係長形的。
附接構件的主體部的外表面中的凹槽較佳地包括與縱軸線成傾斜的一部分。較佳地，附接構件被收容於凹槽內，使得其等不會突出超過外殼的外表面。
本發明亦包含依本發明之一拉頭連接器，其與用於一長形可撓構件之一安裝裝置組合，該安裝裝置包括一長形通道，其具有用於可釋放收容該拉頭連接器之接合構件之一凹槽。
100‧‧‧拉頭連接器
102‧‧‧套管
104‧‧‧拉頭
106‧‧‧本體
108‧‧‧截頭圓錐固定頭
112‧‧‧U形夾螺栓
114‧‧‧U形夾翼
116‧‧‧安裝碟
118‧‧‧凸耳
120‧‧‧穿孔
122‧‧‧孔
124‧‧‧球
126‧‧‧凹槽
130‧‧‧氣彈簧
132‧‧‧缸體
133‧‧‧凹槽
134‧‧‧活塞
136‧‧‧凸緣
138‧‧‧通道
140‧‧‧球
142‧‧‧凹槽
X-X‧‧‧縱軸線
A-A‧‧‧箭頭
現將參考隨附圖式且僅藉由實例描述本發明之特定實施例，其中：圖1a係依本發明之拉頭連接器之一實施例之側視圖，顯示拉頭連接器位在用於長形可撓構件如管、電纜等之安裝裝置內且與之接合；圖1b係圖1a拉頭連接器之側視圖，其中拉頭連接器自安裝裝置脫離；圖2a係圖1拉頭連接器之側視圖，顯示處於接合組態；圖2b係圖1拉頭連接器之側視圖，顯示處於脫離組態；圖3a係圖1拉頭連接器之正面立體圖，顯示處於接合條件下；圖3b係圖1拉頭連接器之背面立體圖，顯示處於接 合條件下；圖3c係圖1拉頭連接器之背面立體圖，顯示處於脫離組態；圖4a係圖1拉頭連接器之縱向剖面圖(朝箭頭A-A方向看去)，處於接合組態；及圖4b係圖1拉頭連接器之縱向剖面圖(朝箭頭A-A方向看去)，處於脫離組態。
拉頭連接器100包括呈外圓柱形套管102形式之外殼，具有縱軸線X-X，其內呈拉頭104形式之附接組件可滑動地安裝著且可沿縱軸線位移。如在圖4a與4b可看得最清楚，拉頭104包括一管狀圓柱形本體106，其外徑與外圓柱形套管102內徑相同。常見的截頭圓錐固定頭108附接至圓柱形本體106的第一前端且形成於一U形夾支架110(clevis bracket)內，其中具螺紋之U形夾螺栓112在兩個U形夾翼114之間延伸且可被旋進兩翼之一中。
圓形安裝碟116被固定於圓柱形本體106之第二後端且承載向後突出、具穿孔120之附接凸耳118。
外圓柱形套管102設有8個全同徑向延伸孔122，其等的長度約為套管的一半且繞周邊等角度相間隔。孔寬度非定值，而係自套管102內面至外面呈錐狀。孔122之每一者收容一球124，孔之徑向最外端直徑較小於球124直徑，使得球可經由孔局部突出超過外圓柱形套管102之外面，但亦可徑向向內移動，如所將解釋者，使得其等不會突出超過套管102之外面。
如在圖4a與4b可看得最清楚，管狀圓柱形本體106之外面設有8個全同長形斜凹槽126，其等位於近乎沿本體長度之一半處且繞周邊等角度相間隔。凹槽126之每一者自前端向下傾斜，且每一個凹槽126之後端係形成部分球形部，其曲率半徑與球124相同。
藉由將拉頭104之管狀圓柱形本體106相對於外圓柱形套管102位移，如所將解釋者，在外圓柱形套管102中之孔122與在管狀圓柱形本體106之外表面上之長形凹槽126間之相關位置，可自圖4a所示第一極端位置變化至圖4b所示第二極端位置，其中在第一極端位置處，球124未被收容於所對應凹槽126中，在第二極端位置處，球已沿其相關凹槽126行進且被收容於部分球形後端部中。在第一極端位置，球124與圓柱形本體106之外圓柱形表面接合，且因而沿徑向被向外推，使其等局部突出超過外圓柱形套管102之外表面。在第二極端位置，允許球124能夠沿斜凹槽126行進，進入部分球形後端部且因而可徑向向內移動，使其等不會突出超過外圓柱形套管102之外表面。
拉頭連接器100被偏壓至圖1a、2a、3a、3b及4a中所示位置，其中藉由12個全同氣彈簧130(數量可視環境而變)使球124突出超過外圓柱形套管102之外表面，每一個氣彈簧130均具有一缸體132，其安裝於圓柱形套管102之最後環形端面中之長形凹槽133中；及一活塞134，其在管狀圓柱形本體106之後端處連接至徑向延伸凸緣136。
由氣彈簧130所施加之組合力將截頭圓錐頭108向後偏壓而與圓柱形套管102之前環形端面成接合，如圖4a所示，在此組態中，球124未與其等對應凹槽126接合，且因而被迫突出向外超過外圓柱形套管102之外表面。
藉由克服氣彈簧130的施力，使拉頭104相對於外圓柱形套管102縱向地位移，且如圖4b所示，允許球124能夠被收容於各別凹槽126中，藉此允許球124能夠徑向向內移動，因而其等不會突出超過外圓柱形套管102之外面。
在使用時，拉頭連接器100被裝入供長形構件(例如管或電纜)用之安裝裝置136之縱向前端內，如GB 2536075A所揭示，其具有用於收容長形可撓構件之內部長形通道138。安裝裝置136設有平均繞其周邊安裝之前、後列徑向可位移球140。藉此，安裝裝置136可固定於結構壁中的孔中，該結構係如安裝於海床上之單樁，構成離岸風機本體，但其並不構成本發明之部分。
安裝裝置136之內壁設有周邊凹槽142，其在接近收容拉頭連接器100之球124的前端處，具有與球124相同之曲率半徑的部分圓形剖面，且藉此保持拉頭連接器100位於安裝裝置136前端。
長形構件(例如管路或電纜)的一端，藉由電纜或其他適合的附接件，固定至拉頭連接器100的向後突出凸耳118。此外，牽引電纜的一端附接至U形夾螺 栓112，牽引電纜附接至一絞車，其一般係安裝在待附接長形可撓構件之結構上。
接著，安裝裝置136，包含安裝在其前端之拉頭連接器100，藉由拉動附接至U形夾螺栓112之電纜而被拉經結構(例如單樁)壁中之孔(未顯示)而欲固定於其上。隨著安裝裝置136進入孔內而被固定於孔中。起初時，拉頭連接器100保持在安裝裝置136前端處，但對施加於牽引電纜之施力傾向於拉動拉頭104向前超出管狀圓柱形本體106，抵抗氣彈簧130之恢復力。隨著對牽引電纜持續施力，該力終究會克服氣彈簧130的恢復力。造成套管中的孔與拉頭之本體106中的凹槽126對齊，允許球沿著傾斜凹槽126徑向向內移動，藉此使得球124脫離安裝裝置136之內壁中的周邊凹槽142，如圖4b所示。在此位置中，如前述，球124不再被迫突出向外超過圓柱形套管102的外表面(在該位置處，其等被收容於安裝裝置136之內壁的周邊凹槽142中)，藉此使得球124脫離周邊凹槽142且允許拉頭連接器100能夠被拉出安裝裝置136端部外。
隨著附接至U形夾螺栓112之牽引電纜持續被拉動，藉由向後突出凸耳118附接至拉頭連接器100相對端之長形構件(例如管或電纜)，被拉經安裝裝置136之內部長形通道，安裝裝置136被固定在結構(例如單樁)壁中的孔中並自其突出。
利用數個氣彈簧來對抗拉力負載，使得在不同拉動角度下之釋放變動較少(相較於斷連螺栓系統)。 釋放負載與位向無關，無需使用如同斷連螺栓系統般的定心器對齊拉力方向。此外，本發明更可因不同直徑之安裝裝置而尺度調整，且可精確且準確調整釋放負載。
本發明不限於前述實施例細節。例如，彈簧130數量可視環境而變。設想一般可使用8至30個彈簧，但不以此範圍為限。此外，彈簧130無需全同。
100‧‧‧拉頭連接器
102‧‧‧套管
104‧‧‧拉頭
108‧‧‧截頭圓錐固定頭
112‧‧‧U形夾螺栓
114‧‧‧U形夾翼
118‧‧‧凸耳
122‧‧‧孔
124‧‧‧球
136‧‧‧凸緣
138‧‧‧通道
140‧‧‧球
142‧‧‧凹槽
X-X‧‧‧縱軸線線

Claims (11)

  1. 一種拉頭連接器，其包括：一外殼，其具有一管狀部及一縱軸線；一附接組件，其包括安裝於該外殼中且可沿該縱軸線位移的一本體部，在該本體部之一前端處用於附接至一牽引繩之一端的第一附接手段，及在一後端處用於附接至一長形可撓構件之一端的第二附接手段；該外殼之該管狀部包括複數個穿孔，在該等穿孔的每一者中安裝有一接合構件，該等孔及該等接合構件係構造成允許該等接合構件局部突出超過管狀外表面但防止該等接合構件穿過該等孔；該附接組件之該本體部之外表面包括複數個凹槽，每一個凹槽對應於該外殼中的該等孔之各別孔；及該附接組件可相對於該外殼在一第一位置與第二位置之間位移，其中在該第一位置，該等接合構件接合該附接組件且向外位移而局部突出超過該外殼之外管狀表面，在該第二位置，該等孔與該附接組件中的該等凹槽對齊，以允許該等接合構件被收容於該等凹槽中且徑向向內移動；該連接器另包括偏壓手段，其將該附接組件朝向該第一位置偏壓。
  2. 如請求項1之拉頭連接器，其中該接合構件包括球。
  3. 如請求項2之拉頭連接器，其中每一個孔之一第一外端具有較該等球的直徑小的直徑。
  4. 如請求項1至3中任一項之拉頭連接器，其中該偏壓手段包括複數個彈簧手段。
  5. 如請求項4之拉頭連接器，其中該偏壓手段包括在該外殼與該附接組件之間延伸的複數個氣彈簧(gas springs)。
  6. 如請求項5之拉頭連接器，其中該等氣彈簧之缸體安裝於該外殼中之對應的凹槽中，及該等氣彈簧之活塞固定至該安裝構件。
  7. 如請求項6之拉頭連接器，其中該等氣彈簧之該等缸體與該外殼之該縱軸線對齊。
  8. 如請求項1至3中任一項之拉頭連接器，其中該附接組件之該本體部之該外表面中的該等凹槽為長形的。
  9. 如請求項1至3中任一項之拉頭連接器，其中該附接組件之該本體部之該外表面中的該等凹槽包括相對於該縱軸線傾斜之一部。
  10. 如請求項1至3中任一項之拉頭連接器，其中該等附接組件可被收容於該等凹槽中，使得其等不會突出超過該外殼之該外表面。
  11. 如請求項1至3中任一項之拉頭連接器，其與用於一長形可撓構件之一安裝裝置組合，該安裝裝置包括一長形通道，其具有用於可釋放收容該拉頭連接器之接合構件之一凹槽。
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