本發明總體上涉及海底管件和歧管的領域，并且更具體地，涉及柔性管纜與固定結構的海底管件連接的領域，所述固定結構包括用于限制柔性管件或管纜的彎曲的裝置。特別地，本發明涉及一種用于海底連接器組件的陰連接器的改進的閂鎖機構，所述海底連接器組件適用于海上設備的無介入安裝，例如用于連接浮動海上風力(fow)設施的電纜的彎曲加強件。
背景技術：
1、在海底作業中，通常需要使用一串管件，也稱為“立管(riser)”，以將海底上的設備與上方的固定結構連接，例如海上浮動平臺(例如fow)或船舶。管柱或立管可以包括用于材料或海底電纜(例如，用于可再生能源發電機，諸如風電場的風力渦輪機之間的電連接的實心多銅芯電纜)的安全運輸的導管或多個導管。管柱或立管還可以包括電纜或控制線，以便允許從水面結構(即平臺或船舶)遠程控制任何設備。
2、圖1示出了用于海底作業的典型設置的示例，其可以是從至少一個海底井10轉移到浮式生產、儲存和卸載單元20(也稱為fpso?20)或連接fow的風力渦輪機95的電力電纜97的生產流體。在該現有技術示例中，柔性立管30(管串)用于經由安裝在fpso20上的轉塔40或連接風力渦輪機95的電纜97將生產流體從井10或在多個井的情況下從海底生產現場輸送到fpso20。為了保護柔性立管30或電纜97免于過度循環彎曲，例如，由于可能由波浪、水流或風引起的移動，或者可能僅由fpso?20的移動引起的移動，一個或多個彎曲加強件50(圖1中僅示出了一個連接)通常在柔性立管30進入固定結構(即，通過“i”或“j”管60)的接合處使用。
3、通常，彎曲加強件50通過可釋放的連接器組件70安裝到“i”或“j”管60。可釋放連接器組件70可包括裝配到彎曲加強件50上的陽連接器元件72、以及裝配到“i”或“j”管60上的陰連接器元件74。在安裝期間，陽連接器元件72附接到彎曲加強件50，并且立管30的端部配件32位于陽連接器元件72內并附接到陽連接器元件72。特別地，立管30的端部配件32通過彎曲加強件50移動到陽連接器元件72的通孔中，并通過例如凸輪裝置、簡單的夾持機構78、閂鎖機構或任何其它合適的互鎖機構(未示出)鎖定就位。管件串30的端部配件32通常在車間中安裝到陽連接器元件72上。
4、然后將組件(即立管30、端部配件32、彎曲加強件50和陽連接器元件72)運輸到期望的海底位置，并使用附接到立管30的端部配件32的線纜80將其拉向陰連接器元件74并與其連接。一旦陽連接器元件72正確地定位在陰連接器元件74內，它就與陰連接器元件74保持互鎖，在彎曲加強件50和“i”或“j”管60之間形成牢固連接。在將陽連接器元件72鎖定在陰連接器元件74內之后，端部配件32從與陽連接器部分72的接合中釋放，并且立管30被拉起并穿過彎曲加強件50和“i”或“j”管，以在fpso?20或fow處固定就位。
5、通常，陽連接器構件72和陰連接器構件74的鎖定和解鎖以及立管端部配件32從與陽連接器構件72的接合中釋放是通過外部干預來完成的，例如，海底潛水員90或遙控車輛(rov)92。為了至少最小化使用海底潛水員90或rov?92(使用液壓系統)時的時間和/或成本以及潛在風險，目前可用的連接器組件已經改進為還使用可遠程操作的閂鎖機構和/或端部配件釋放機構，例如通過從fow設施的頂部控制的液壓或氣動系統。
6、陽連接器元件和陰連接器元件之間的可釋放耦合通常使用樞轉閂鎖臂(參見圖1中的閂鎖臂76)來實現，所述樞轉閂鎖臂安裝到陰連接器元件上并且被構造成與陽連接器元件的唇緣或肩部部分接觸地接合，使得陽連接器元件從徑向向內突出的閂鎖臂“懸掛”。
7、然而，對于這種類型的耦合接合，陽連接器元件和陰連接器元件之間的任何相對運動都會在閂鎖臂上施加相當大的應力，陽連接器元件的接合唇緣或肩部部分。特別地，當接合時，陽連接器元件和陰連接器元件之間的任何軸向錯位都可能在位于相應的閂鎖臂上時使唇緣或肩部上下“晃動”，因此，反復錘擊閂鎖臂直至可能失效的點。此外，當前可用的閂鎖機構可以允許陽連接器構件和陰連接器構件之間的小的相對運動(例如，由浮動結構的運動、傳遞到管串的波浪或風運動、或甚至通過(一個或多個)導管泵送的加壓流體引起)，但代價是由于來自陽連接器構件和陰連接器構件之間的接觸表面之間的反復高壓、剪切應力、不平衡接合和/或連續運動的疲勞和磨損而增加了損壞的風險。
8、因此，本發明的一個目的是提供一種用于海底連接器組件的陰連接器，包括改進的閂鎖機構，該閂鎖機構適于補償陰連接器和耦合的陽連接器之間不可避免的相對運動的影響。特別地，本發明的一個目的是提供一種具有閂鎖機構的陰連接器，該閂鎖機構適于優化陰連接器和陽連接器之間的耦合接合，以便最小化由陰連接器和耦合的陽連接器之間的相對運動引起的潛在破壞性應力和壓力，從而提高耐用性并降低維修或更換的潛在成本。
技術實現思路
1、本發明的方面在獨立權利要求中闡述。從屬權利要求描述了可選特征。
2、根據本發明的一個方面，提供了一種用于海底連接器組件的陰連接器，包括連接器本體和至少一個閂鎖機構，所述連接器本體具有沿著中心軸線形成中心通道的管狀壁，所述閂鎖機構可操作地安裝到沿著壁軸線穿過所述管狀壁的孔中，所述壁軸線向下收斂地與所述中心軸線對準，所述閂鎖機構包括：
3、閂鎖構件，所述閂鎖構件耦合到連桿構件的遠端部分，以便形成閂鎖耦合件，所述閂鎖耦合件被構造成允許所述閂鎖構件和所述連桿構件之間在至少一個第一自由度(dof)上的相對運動，所述耦合的閂鎖和連桿構件被布置成共同地可滑動地至少部分地在所述孔內移動，并且被構造成在第一位置和第二位置之間移動，在所述第一位置，所述閂鎖構件至少部分地延伸到所述中心孔中，在所述第二位置，所述閂鎖構件從所述中心通道縮回到所述孔中；
4、致動器，所述致動器固定地安裝到所述管狀壁的外表面上并且可操作地耦合到所述連桿構件上，所述致動器被構造成將所述耦合的閂鎖和連桿構件從所述第一位置移動到所述第二位置；
5、偏置構件，可操作地耦合在所述連接器本體和所述閂鎖構件之間，所述偏置構件被構造成當在所述第一位置和所述第二位置之間移動時朝向所述第一位置偏置地接合所述閂鎖構件，其中所述閂鎖構件被構造成在所述第一位置與所述偏置構件脫離，并且從所述第一位置向第三位置移動而不偏置地進入所述中心通道。
6、本發明的閂鎖機構提供了向下傾斜的閂鎖的優點，使得向下移動的陽連接器的垂直載荷將其自身徑向居中地固定在陰連接器的中心通道內，同時最小化作用在陽連接器與閂鎖和陰連接器之間的力。此外，閂鎖構件的允許移動(偏置和未偏置)提供了陽連接器和陰連接器之間的優化接合(經由閂鎖)的優點，而不管陽連接器和陰連接器的中心通道中的任何移動。陽連接器的移動可以由波浪移動或上部平臺或船舶的移動引起，所述移動是由于通過固定結構或立管傳輸的風而引起的，因此，導致閂鎖和陰連接器上的潛在有害的剪切載荷和力矩載荷。然而，本發明的閂鎖構件被構造成允許相對于陰連接器在至少一個自由度上的小的相對運動，即軸向滑入和滑出中心通道，并且優選地在兩個自由度上的小的相對運動，即滑動運動，以及圍繞其與連桿構件的耦合銷的旋轉運動。偏置和未偏置的dof允許閂鎖構件“跟隨”陽連接器的移動并“校正”其位置，以便保持其與陽連接器的最佳接觸接合，并防止不希望的沖擊力(例如，來自“搖擺”陽連接器)或過度磨損(例如，來自相對于彼此滑動的接觸表面)。此外，閂鎖構件在其第一位置和其第三位置之間的允許的無偏置運動防止閂鎖在馬來連接器的安裝過程中延伸到中心通道中太遠，即當陽連接器被拉起穿過中心通道然后掉落到閂鎖上以進行接合時。當陽連接器被拉起時，有利的是在中心通道內具有稍大的空間，其中在接合時，閂鎖構件被完全拉出以使陽連接器的唇緣和閂鎖構件之間的接觸最大化。
7、有利地，所述閂鎖耦合器由設置在所述連桿構件的所述遠端部處并平行于所述壁軸線對準的至少一個細長槽形成，并且所述細長槽與相應的閂鎖突出部可滑動地和可旋轉地接合，所述閂鎖突出部在原位時沿著垂直于所述壁軸線對準的橫向軸線遠離所述閂鎖構件橫向延伸。
8、有利地，當在原位時，所述至少一個第一dof是沿著所述壁軸線的滑動運動。優選地，所述閂鎖耦合件還被構造成允許所述閂鎖構件和所述連桿構件之間在至少一個第二dof上的相對運動。甚至更優選地，所述至少一個第二dof是圍繞所述側向軸線的旋轉運動。
9、有利地，在所述第一dof中的所述相對移動被限制在所述閂鎖突出部在所述細長狹槽內的可滑動范圍內。
10、有利地，當所述連桿構件處于所述第二位置時，所述第三位置由所述細長狹槽的遠端限定。
11、有利地，所述閂鎖機構還包括止動構件，所述止動構件設置在所述偏置構件和所述閂鎖構件之間，布置成可在所述孔內軸向滑動，并且適于與孔肩部止動地接合。優選地，所述孔肩部設置在所述孔內，使得當處于所述第一位置時，所述閂鎖構件與所述偏置構件脫離。
12、有利地，當在原位時，所述壁軸線向下對準，以25度至45度范圍內的孔徑角與所述中心軸線會聚。優選地，所述孔徑角為35度。
13、有利地，所述致動器適于將所述耦合的閂鎖和連桿構件保持在所述第二位置。優選地，所述致動器被構造成被遠程致動。
14、有利地，所述閂鎖構件包括在遠端處的支撐部分，所述支撐部分構造成與陽連接器止動地接合。優選地，所述閂鎖構件包括在所述遠端處的接觸表面，所述接觸表面在原位時基本上平行于所述中心軸線對準，所述接觸表面被構造成與所述陽連接器的外表面接觸地接合。
15、優選地，凹部包括多個閂鎖機構，所述閂鎖機構圍繞所述中心軸線周向等距地安裝到穿過所述管狀壁的相應共面孔中。
16、有利地，所述連桿構件包括設置在近端部分處的手柄，所述手柄構造成允許所述耦合的閂鎖和連桿構件從所述第一位置朝向所述第二位置手動移動。