一种快速响应峰值张力的系泊装置及其响应方法与流程

本发明涉及系泊装置，尤其是一种快速响应峰值张力的系泊装置及其响应方法。

背景技术：

1、海洋浮式结构物正逐步由内海走向外海，面临的海域环境条件越来越恶劣，对系泊系统的系泊能力提出了越来越高的要求，尤其是在极端海况下保障各类浮式结构物上的人员安全、渔业养殖装备中的鱼类福利以及提高浮式结构物本身的生存能力等方面，亟需更稳定有效的系泊设备。

2、在一次强风暴等极端海况历程(可持续若干小时以上)中，海洋浮式结构物的系泊系统动力响应是一个随时间高度非线性的问题，可以预见在整个历程中系泊张力极值的出现是为数有限的、占总时间比重较小的情况。但量级是作业海况下的数十倍，就是这些瞬时、大幅值张力极值的出现会造成系泊系统的破坏，因此这些极端的工况是系泊系统设计、建造时需要重点关注的因素，决定了系泊系统的等级。

3、为了抵抗极端海况下的水动力尤其是特别大的峰值张力，系泊所需要的合成纤维缆绳或者锚链的强度、数量成倍增加，相应的锚固基础的法向承载力以及水平承载力也相应大幅提高，导缆孔及绞车等设备都需要采用更高等级的设计，整个系泊系统的费用大幅上升。

4、此外，固定这些设备的平台局部结构也需要相应加强，甚至整个浮体的设计都需要全部重新评估后加强，总体代价特别大。

5、因此，为了解决在极端海洋环境下系泊系统张力峰值过大的难题，保证系泊系统甚至平台主体的安全性与经济性，亟需一种安全可靠的装置，将极端海况下的张力的极值锁定在一个容许的较低等级的范围内，一方面能够发挥系泊系统的功能，另一方面将大幅降低海洋开发利用的成本。

技术实现思路

1、本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的快速响应峰值张力的系泊装置及其响应方法，从而能够被动地匹配降低峰值张力，尤其适用于连续峰值张力的情况下，成本低，经济性好，实用性好。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种快速响应峰值张力的系泊装置，包括支承板，贯穿支承板并列安装有多个一端开口的耐压筒，位于耐压筒开口一侧的支承板侧面边缘延伸有多个延伸臂，延伸臂端部相互衔接构成整体式结构的支承框架；

4、还包括张力调整组件，张力调整组件中包括有位于支承框架延伸臂内侧的衔接板，衔接板侧面向着各个耐压筒开口内分别延伸有拉杆，伸入耐压筒内部的拉杆端部固定配装有活塞，活塞周向与耐压筒内壁面水密贴合；位于拉杆同一侧的衔接板上还延伸有中心杆，中心杆贯穿支承板；

5、所述耐压筒封闭端与活塞之间构成密闭的气腔，气腔壁面上开设有进气孔，进气孔处配装有单向气阀，单向气阀连通至外部恒压储气瓶；

6、所述中心杆和支承框架相背的端部分别固定配装有锚链，一端锚链向下固定于水底，另一端锚链向上经由缆绳固定至浮式结构上，构成系泊装置。

7、作为上述技术方案的进一步改进：

8、所述耐压筒封闭端设置为外凸结构，外凸结构的横截面均小于耐压筒的横截面；所述进气孔开设于外凸结构处。

9、所述耐压筒是横截面为圆形的圆筒形结构，外凸结构为外凸球形结构，位于圆筒形结构与外凸结构相接处的内壁面上敷设有橡胶层。

10、所述耐压筒的外凸结构壁面上还安装有气体阈值释放装置，耐压筒气腔中的气压值超过预设高压时经由气体阈值释放装置排压。

11、所述气体阈值释放装置的具体结构为：包括固装于耐压筒外壁面上的支座，朝向耐压筒壁面的支座内侧间隔配装有压板和锥塞，锥塞配装于耐压筒壁面上的排气孔内，锥塞与压板之间共同安装有弹性体；所述支座外端面安装有螺母，穿过螺母中心配装有丝杆，丝杆端部穿过支座后抵接于压板上；所述排气孔为内小外大的锥形结构，位于锥塞周向外部的支座壁面内外贯通。

12、所述耐压筒开口端向内延伸形成防脱止挡部，防脱止挡部内侧面敷设有橡胶层。

13、所述支承板上还安装有将中心杆的轴向移动进行锁止或解锁的锁定机构。

14、所述锁定机构的具体结构为：包括安装于支承板上的锁定座，锁定座侧面安装有气缸，气缸输出端朝向中心杆，气缸输出端安装有推板，推板侧面经由弹性件安装有锁止件，锁止件朝向中心杆的端部设置为锥形，中心杆上开设有与锁止件插装相配的锁止孔。

15、一种所述的快速响应峰值张力的系泊装置的响应方法，包括如下步骤：

16、处于极端海洋环境中时，当施加于系泊缆的外部力，即峰值张力大于目标张力时，张力调整组件将相对于支承框架向着整体长度伸长的方向移动，即中心杆向着穿过支承板的方向移动，位于耐压筒内的活塞向着耐压筒封闭端移动，系泊缆被动拉长，有效缓解系泊缆所受到的外部张力；

17、气腔内的气体因活塞移动而受压缩，气腔内气压升高，当气压超过预设压强时，气腔将推动气体阈值释放装置进行排气，释放气压，以位于安全范围内；

18、当一个峰值过去，在气腔内压力作用下，结合恒压储气瓶向着气腔内的单向充气增压，张力调整组件相对于支承框架反向移动，为抵抗下一次峰值张力的来临做准备。

19、作为上述技术方案的进一步改进：

20、在无外力作用情况下，恒压储气瓶的恒压值与耐压筒内气腔压力一致，此时的气腔压力驱使活塞保持位于耐压筒的开口处，由张力调整组件和支承框架构成的整体长度最短。

21、本发明的有益效果如下：

22、本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过支承框架与张力调整组件之间的被动相对移动，来延长系泊缆，从而匹配、降低峰值张力，并能通过恒压气体的持续输入促使支承框架与张力调整组件自动及时复位，使得系泊装置能够持续发挥作用，尤其适用于连续峰值张力情况下，有效抵抗极端海况，整体成本低、经济性好，极大地提升、保证海上浮式结构的生存能力，实用性好；

23、本发明还包括如下优点：

24、恒压储气瓶经由单向气阀与耐压筒相连通，能够及时、自动地向耐压筒气腔中单向输气，有效保证气腔内气压，并能够促使支承框架相对于张力调整组件快速、可靠复位，确保了系泊装置能够持续发挥作用，抵抗持续性峰值张力；

25、气体阈值释放装置的设置，在耐压筒内部压力超过预设值时能够自动及时泄压，从而有效保证了系泊装置本身的使用安全性能，提升其使用寿命和生存能力；

26、锁定机构的设置，能够根据实际海洋环境，对系泊系统的作业模式进行切换，在不会出现目标张力的工况下将支承框架与张力调整组件相互锁定，从而降低系统功耗，保障系泊装置整体的使用寿命，并且作业模式相互之间切换方便。

技术特征：

1.一种快速响应峰值张力的系泊装置，其特征在于：包括支承板(12)，贯穿支承板(12)并列安装有多个一端开口的耐压筒(3)，位于耐压筒(3)开口一侧的支承板(12)侧面边缘延伸有多个延伸臂(11)，延伸臂(11)端部相互衔接构成整体式结构的支承框架(1)；

2.如权利要求1所述的一种快速响应峰值张力的系泊装置，其特征在于：所述耐压筒(3)封闭端设置为外凸结构，外凸结构的横截面均小于耐压筒(3)的横截面；所述进气孔开设于外凸结构处。

3.如权利要求2所述的一种快速响应峰值张力的系泊装置，其特征在于：所述耐压筒(3)是横截面为圆形的圆筒形结构，外凸结构为外凸球形结构，位于圆筒形结构与外凸结构相接处的内壁面上敷设有橡胶层。

4.如权利要求2所述的一种快速响应峰值张力的系泊装置，其特征在于：所述耐压筒(3)的外凸结构壁面上还安装有气体阈值释放装置(4)，耐压筒(3)气腔中的气压值超过预设高压时经由气体阈值释放装置(4)排压。

5.如权利要求4所述的一种快速响应峰值张力的系泊装置，其特征在于：所述气体阈值释放装置(4)的具体结构为：包括固装于耐压筒(3)外壁面上的支座(42)，朝向耐压筒(3)壁面的支座(42)内侧间隔配装有压板(44)和锥塞(41)，锥塞(41)配装于耐压筒(3)壁面上的排气孔内，锥塞(41)与压板(44)之间共同安装有弹性体(43)；所述支座(42)外端面安装有螺母(46)，穿过螺母(46)中心配装有丝杆(45)，丝杆(45)端部穿过支座(42)后抵接于压板(44)上；所述排气孔为内小外大的锥形结构，位于锥塞(41)周向外部的支座(42)壁面内外贯通。

6.如权利要求1所述的一种快速响应峰值张力的系泊装置，其特征在于：所述耐压筒(3)开口端向内延伸形成防脱止挡部(31)，防脱止挡部(31)内侧面敷设有橡胶层。

7.如权利要求1所述的一种快速响应峰值张力的系泊装置，其特征在于：所述支承板(12)上还安装有将中心杆(53)的轴向移动进行锁止或解锁的锁定机构(2)。

8.如权利要求1所述的一种快速响应峰值张力的系泊装置，其特征在于：所述锁定机构(2)的具体结构为：包括安装于支承板(12)上的锁定座(21)，锁定座(21)侧面安装有气缸(22)，气缸(22)输出端朝向中心杆(53)，气缸(22)输出端安装有推板(23)，推板(23)侧面经由弹性件(24)安装有锁止件(25)，锁止件(25)朝向中心杆(53)的端部设置为锥形，中心杆(53)上开设有与锁止件(25)插装相配的锁止孔(531)。

9.一种权利要求4所述的快速响应峰值张力的系泊装置的响应方法，其特征在于：包括如下步骤：

10.如权利要求9所述的一种快速响应峰值张力的系泊装置的响应方法，其特征在于：在无外力作用情况下，恒压储气瓶(7)的恒压值与耐压筒(3)内气腔压力一致，此时的气腔压力维持活塞(50)保持位于耐压筒(3)的开口处，由张力调整组件(5)和支承框架(1)构成的整体长度最短。

技术总结
本发明涉及一种快速响应峰值张力的系泊装置及其响应方法，包括支承板，贯穿支承板安装多个一端开口的耐压筒，支承板侧面边缘连接延伸臂，延伸臂端部相互衔接构成整体结构的支承框架；张力调整组件中包括位于延伸臂内侧的衔接板，衔接板侧面向着各个耐压筒开口内分别延伸拉杆，伸入耐压筒内部的拉杆端部固定配装活塞，活塞周向与耐压筒内壁面水密贴合；位于拉杆同一侧的衔接板上还延伸中心杆，中心杆贯穿支承板，耐压筒封闭端与活塞之间构成密闭的气腔，气腔壁面上开设进气孔，进气孔处配装单向气阀，单向气阀连通至外部恒压储气瓶；从而由支承框架与张力调整组件之间的被动相对移动来匹配降低峰值张力，在连续峰值张力情况下也具有很好的实用性。

技术研发人员：俞俊,程小明,叶永林,屈毫拓
受保护的技术使用者：中国船舶科学研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13