专利名称：棘齿和闩机构的制作方法
技术领域：
本发明的一个方面涉及棘齿和闩机构并且更具体地涉及一种设备，所述设备包括棘齿和闩机构并旨在用于在两个部件之间施加预载。
背景技术：
为了方便起见，将在一种用于在内构件和外构件之间施加预载的设备的背景中描述本发明的特定的示例，所述内构件和外构件具体地是由水下井口装置和导管外壳构成的。我们的专利GB-2393990号和US-7025145号中提供了与这样的设备有关的现有技术的一个示例。在这些专利中，对在井口装置和导管外壳之间施加预载(即，减少疲劳损害)的必要性进行了解释。在该背景或在其它背景内容中，棘齿可被闩接合而为载置有棘齿的一个部件相对于载置有闩的另一个部件提供多个可能的位置设置。常规的棘齿和闩提供了使一个零件越过另一个零件的单向运动。闩可以被弹出从而使得闩的型面接合棘齿的型面上离散的位置。通过两个所述型面的锁定接合防止了反向运动。系统的返回行程由棘齿和闩之间的接合型面上离散的锁定位置的节距决定。因此，所述系统的运动部分可以在无限小的距离范围内停留，由此所述系统的运动部分能与被固定的零件的离散的锁定位置相接合。从该位置起直至距所期望的停留位置大约一个节距的前一离散的锁定位置，将没有物体来阻止反向运动。因此，使系统的返回行程最小化从而有效地减少反向运动是有益的。
发明内容
在本发明的一个方面中提供了一种机构，包括第一和第二部件，所述第一和第二部件能够沿致动方向进行相对运动，所述第一和第二部件之一载置有棘齿，所述棘齿包括在致动方向上具有固定节距的多个锯齿，而所述第一和第二部件中的另一个部件载置有至少两个闩，所述闩允许所述相对运动的进行并且能与棘齿相接合以防止反向于所述致动方向的运动，所述闩均提供了用于棘齿的、在致动方向上间隔开的、相应的多个离散的锁定位置并且被定位和设置成使得由其中一个闩提供的离散的锁定位置与由另外的一个或者另外多个闩提供的离散的锁定位置在位置上不同相。每个闩可均包括在致动方向上间隔设置的多个锯齿。各闩之间的节距优选等于(Z*p)+ (p/n)，其中P是所述离散的锁定位置的节距，Z是任意整数，η是不同的各闩的数量。本发明还提供了一种用于在水下井口装置和导管外壳之间施加预载的设备，包括:致动部件、支撑部件、锁定部件以及用于使支撑部件相对于井口装置固定的装置，所述致动部件相对于支撑部件能够沿致动方向进行相对运动，所述致动部件和支撑部件包括与锁定部件相接合的表面，所述接合使得锁定部件响应于致动部件的运动而进行倾斜的位移，所述倾斜的位移具有平行于致动方向的分量，所述分量明显比致动部件在该方向上的位移更小，其特征在于:致动部件和支撑部件之一载置有棘齿，所述棘齿包括在致动方向上具有固定节距的多个锯齿，而致动部件和支撑部件中的另一个载置有至少两个闩，所述闩允许所述相对运动的进行并且能与棘齿相接合以防止反向于致动方向的运动，所述闩均提供了用于棘齿的、在致动方向上间隔开的、相应的多个离散的锁定位置并且被定位和设置成使得由其中一个闩提供的离散的锁定位置与由另外的一个或者多个闩提供的离散的锁定位置在位置上不同相。将参考附图对本发明的一个示例进行描述。
唯一的附图1示出了用于相对于水下井口装置对导管外壳进行预加载的机构的一个实施例。
具体实施例方式图1中所示的机构主要是旨在用于相对于水下井口装置(未示出)对导管外壳(未示出)施加预载，所述水下井口装置被布置成至少部分地位于导管外壳内。这样的井口装置和外壳具有大体上圆筒形的形状并且在使用中被布置成通常为竖式的布置，它们的主轴是竖直的。如在前面所述的专利中所提及的，期望在导管外壳和井口装置之间施加预载以便降低导管外壳和井口装置构成的组件由于该组件所承受的反复弯曲作用力而受到疲劳损害的可能性。图1中所示的机构的三个重要的零件是:致动部件I (在该示例中具有环形的形状)、支撑外壳2 (在该示例中同样具有环形的形状)以及锁定部件3 (在该示例中是在横向上可扩张的环，例如开口环)。如将会在下文中进行描述的那样，支撑外壳2作为基准部件，所述基准部件被固定到两个构件之一(在该示例中是井口装置外壳)，并且预载将被施加到所述两个构件之间。致动部件或致动环I相对于支撑外壳2运动，在该示例中是沿轴向方向向上运动，锁定环3借助致动部件I和支撑外壳2上的接合区横向倾斜地进行滑动运动，即同时沿径向和竖向方向进行滑动运动。锁定部件或锁定环3与所述两个构件中的另一个构件(即导管外壳)滑动接合，预载将被施加到所述两个构件之间并且锁定部件3的位移的竖向分量对所述另一个构件施加应力，所述另一个构件优选具有用于容纳锁定部件3的狭槽(更特别地是环形狭槽)。更特别地，井口装置设置在致动部件I内，支撑外壳2可位于导管外壳上。导管外壳和井口装置在图中均未示出；图1中所示的机构、导管外壳和井口装置之间的关系大体上对应于为了 GB2393900号和US-7025145号专利中所描述的张紧机构而被示出的关系。致动环I的上端具有适用于被合适的工具接合的外部型面4，由此所述工具能向上拉动致动环。在该示例中所述型面包含环状锯齿。致动部件I的下端形成为扩大的环5，该扩大的环的外表面的上部部分6是相对于向上(致动)方向以选定的(较小)锐角向内渐缩的接合区。在致动部件的位于所述外部型面4和下部的扩大的环5之间的大部分高度范围内，致动部件载置有棘齿7，并且优选一体地形成有所述棘齿，在该示例中所述棘齿由在致动(竖向)方向上均匀地间隔设置的多个环状锯齿构成。
致动环I具有在周向上间隔设置的窗8，所述窗大体上是竖立的长方形窗。这些窗允许锁定装置(在该实施例中所述锁定装置由锁定止动器9构成)穿过所述致动环以与“内部”构件(即井口装置的本体)的外侧上的合适的型面(尤其是未示出的在轴向上间隔设置的多个环形槽)相接合。所述各锁定止动器9被安装在支撑外壳I上。借助螺旋驱动件可使所述各锁定止动器9运动至与所述内部构件相接合。在该示例中，螺旋驱动件包括为每个止动器9配置的一对螺钉10、11，所述螺钉分别设置在支撑外壳2中的径向朝向的螺纹孔12和13中。这些螺钉可由适当的构件操作，例如由适当的遥控操作机器人(ROV, remotely operatedvehicle)工具操作。在该示例中，每个锁定止动器均相对于支撑外壳保持处于受约束的状态。具体而言，各个螺钉对中的上部螺钉10具有周向狭槽14，从相应的锁定止动器9的外侧延伸的延伸部上所载有的凸缘15延伸到所述周向狭槽中。与致动环I的扩大的下端相邻的的是支撑环16，所述支撑环具有能够滑动地紧靠在致动环的渐缩表面上的内表面以及能够滑动地紧靠在锁定环3的下表面上的上表面。锁定环的上表面具有倾斜的外部部分17，所述外部部分能够滑动地紧靠在由支撑外壳2的表面18提供的倾斜的接合区上。各接合区(尤其是表面6和表面18)相对于致动部件I的致动方向具有角度从而使得致动部件I沿(竖向的)致动方向的运动和锁定部件3的竖向运动之间存在明显的机械效益，即致动环向上的位移比锁定环3的位移的竖向分量(在该示例中是向下分量)大得多。锁定环的较小的位移足以在导管外壳上产生足够的应力(已经考虑了导管外壳的弹性模量)。因而致动环的向上运动迫使锁定环向外运动。基准部件(支撑外壳2)的倾斜的接合区18迫使该锁定部件的位移具有竖向分量，所述竖向分量与致动部件的运动方向相反。支撑环16作为反作用部件。所述支撑环支撑锁定环使其抵靠在基准部件的接合区18上。所述支撑环必须能适应锁定环3的位移的竖向分量，但这样一来将会导致支撑环由于支撑环与致动部件的倾斜的接合区6的接合而横向运动。所述支撑环16具有渐缩的表面19，该渐缩的表面与致动部件的接合表面6接合，并且优选以与致动部件的接合表面相同的角度与该接合表面接合。锁定环、致动部件、支撑外壳(即基准部件)以及支撑环的组合允许操作在锁定环未过载的情况下进行。另外，借助用支撑环16支撑锁定环3可避免锁定环3的弯曲或扭曲。在这些方面中，所述组合本身就是相对于GB-2393900和US-7025145中所示的设备的潜在改进。通过使致动部件相对于支撑外壳2锁住而对所施加的预载进行设定。为此，所述机构优选具有至少两个锯齿形的闩20和20a，每个闩均安装在支撑外壳中。在该示例中，每个闩都是间隔均匀的一组锯齿的形式，所述锯齿能够与线性棘齿7的锯齿相接合。每个闩均具有各自容纳在支撑外壳2中相应的孔21、21a中的插销，并且每个闩可均由向内促压所述闩的弹性件(未示出)加载。所述各闩可在周向上隔开一定间隔设置，并且可以是分离地位于相应的环上或被形成在相应的环上。因而致动环I可沿致动方向运动，所述闩允许该运动的进行直至到达了所需的最终位置，而后至少一个闩(或闩组)接合棘齿并防止致动部件I进行实质上的反向运动。
所述多个闩被设计成总体上以常规的棘齿和闩系统那样的方式工作，其提供了使一个部件越过另一个部件的单向运动。在常规的棘齿和闩系统中，一个部件(闩)可以被弹出从而所述一个部件与第二部件(棘齿)的型面上的离散的位置相接合。通过所述两个型面的锁定接合防止了反向运动。系统的返回行程由所述两个部件(棘齿和闩)之间的接合型面上的离散的锁定位置的节距决定。在普通的系统中，所述系统的运动部分可以在无限小的距离范围内停留，由此所述系统的运动部分能与被固定的部件的离散的锁定位置相接合。从该位置起直至距停留位置大约一个节距的前一离散的锁定位置，将没有物体来阻止反向运动。使系统的返回行程最小化从而尽可能有效地防止反向运动是有益的。用于实现此目的的一种方法是减小离散的锁定位置的节距。然而，这典型地具有减少了棘齿-闩接合的竖向行程的不良效果，这可带来其它问题，例如:(i)例如在开口环的应用中，减少了接合作用力；(ii)使得所述系统生产成本更高昂并且更难以检查；以及(iii)使得所述系统由于外来物体防碍棘齿-闩的操作而更易于出现故障。所描述的机构减少了所述系统的返回行程同时保持了离散的锁定位置的原有节距。在特定的示例中，所述两个闩19和20相对于棘齿在位置上不同相。换句话说，上部闩上的闩齿和下部闩上的闩齿之间在致动方向上的间距不是棘齿上的齿间距的整数倍。在两个不同的闩的特定的示例中，相位差可以是180°，S卩，间距或节距是Y=Z*p+p/2，其中P是离散的锁定位置的节距，Z是任意整数。更一般地，闩20和20a (以及其它闩)可以采用相同的设计或可以采用不同的设计；重要的是它们彼此的相对位置以及相对于棘齿的位置。可以使用任何数量的闩或闩组，并且闩或闩组的数量越大所述系统的返回行程就越小。但是，相对于前一个闩，每个在后的闩提供的返回行程减少量逐渐减少，用于确定闩的节距与离散的锁定位置的节距的关系的通用公式如下:Y= (Z*p)+ (p/n)其中Y是闩的节距，P是离散的锁定位置的节距，Z是任意整数，η是所采用的不同的闩(沿致动方向间隔设置)的数量。在优选的示例中，当上部闩充分地接合到某离散的锁定位置中时，下部闩恰好在两个离散的锁定位置之间的中途。如果上部闩未能被接合，棘齿能沿反向运动直至下部闩被接合。在该双闩示例中，棘齿将在行进1/2齿节距后被锁定，而不是像在单闩系统中那样行进整个齿节距后被锁定。如果采用三个闩，那么最大返回行程将是1/3节距；对于四个闩，最大返回行程将是1/4节距；对于五个闩，最大返回行程(backlash)将是1/5节距,等等。在所描述的实施例中，棘齿由致动部件承载而闩由支撑外壳承载，但是相反的布置也是可行的。
权利要求
1.一种棘齿和闩机构，包括第一和第二部件(1，2)，所述第一和第二部件能够沿致动方向进行相对运动，所述第一和第二部件之一载置有棘齿(7)，所述棘齿包括在致动方向上具有固定节距的多个锯齿，而所述第一和第二部件中的另一个部件载置有至少两个闩(19，20)，所述闩允许所述相对运动的进行并且能与棘齿相接合以防止反向于致动方向的运动，所述闩均提供了用于棘齿的、在致动方向上间隔开的、相应的多个离散的锁定位置并且被定位和设置成使得由其中一个闩提供的离散的锁定位置与由另外的一个或者多个闩提供的离散的锁定位置在位置上不同相。
2.根据权利要求1的机构，其中，每个闩均包括在致动方向上间隔设置的多个锯齿。
3.根据权利要求1或2的机构，其中，各闩之间的节距等于(Z*p)+(p/n)，其中P是所述离散的锁定位置的节距，Z是任意整数，η是不同的各闩的数量。
4.一种用于在水下井口装置和导管外壳之间施加预载的设备，包括:致动部件(I)、支撑外壳(2)、锁定部件(3)以及用于使支撑外壳相对于井口装置固定的装置(9)，所述致动部件相对于支撑外壳能够沿致动方向进行相对运动，所述致动部件和支撑外壳包括与锁定部件(3)相接合的表面(6，18)，此种接合使得锁定部件响应于致动部件沿致动方向的运动而进行倾斜的横向位移，所述倾斜的横向位移具有平行于致动方向的分量，所述分量明显比致动部件的位移更小，其特征在于:致动部件和支撑外壳(1，2)之一载置有棘齿(7)，所述棘齿包括在致动方向上具有固定节距的多个锯齿，而致动部件和支撑外壳(1，2)中的另一个载置有至少两个闩(19，20)，所述闩允许所述相对运动的进行并且能与棘齿相接合以防止反向于致动方向的运动，所述闩均提供了用于棘齿的、在致动方向上间隔开的、相应的多个离散的锁定位置并且被定位和设置成使得由其中一个闩提供的离散的锁定位置与由另外的一个或者多个闩提供的离散的锁定位置在位置上不同相。
5.根据权利要求4的设备，其中，所述棘齿(7)由致动部件(I)承载而所述各闩由支撑外壳(2)承载。
6.根据权利要求4或5的设备，其中，每个闩均包括在致动方向上间隔设置的多个锯齿。
7.根据权利要求4-6之一的设备，其中，用于固定的所述装置包括由支撑外壳承载的多个接合止动器(9 )，其中每个止动器均被设置成用于通过致动部件(I)中的窗(8 )向前运动。
8.根据权利要求4-7之一的设备，其中，所述设备还包括支撑部件(16)，所述支撑部件被定位成:响应于致动部件的运动而进行横向运动并且对锁定部件(3)进行支撑而使该锁定部件抵靠住基准部件(2)的接合区(18)。
9.根据权利要求8的设备，其中，锁定部件(3)和支撑部件(16)是在横向上可扩张的环。
10.根据权利要求4-9之一的设备，其中，所述致动部件(I)和支撑外壳(2)是环形的，所述致动部件设置在所述支撑部件内，并且所述致动部件适于接收井口装置，所述支撑外壳被布置为位于导管外壳上。
全文摘要
一种用于在水下井口装置和导管外壳之间施加预载的设备，包括致动部件(1)、支撑外壳(2)、锁定部件(3)以及用于使支撑外壳相对于井口装置固定的装置(9)。致动部件的运动引起锁定部件进行倾斜的横向运动。致动部件承载有棘齿(7)，所述棘齿包括在致动方向上具有固定节距的多个锯齿，所述支撑外壳(1，2)承载有至少两个闩(19，20)，所述闩允许相对运动的进行并且能与棘齿接合以防止反向于致动方向的运动。由其中一个闩提供的离散的锁定位置与由另外的一个或多个闩提供的离散的锁定位置在位置上不同相。所述设备还包括支撑部件(16)，所述支撑部件被定位成响应于致动部件的运动而进行横向运动并且对锁定部件(3)进行支撑以使该锁定部件抵靠住基准部件(2)的接合区(18)。
文档编号E21B33/043GK103109036SQ201180040610
公开日2013年5月15日 申请日期2011年8月22日 优先权日2010年8月23日
发明者S·J·埃利森 申请人:阿克深海有限公司