旨在与锚链接合且用于将浮动设施锚固到地面的系统的导缆器的制作方法

本发明涉及用于锚固浮动设施的系统，特别是用于锚固到近海石油钻井平台(offshoreoilriginstallation)或浮式生产、存储和卸载(fpso)船舶的系统。

背景技术：

通常，海上石油钻井平台安装包括连接到井口并通过锚固链锚固到地面的浮动平台。

对于大致正方形的水平横截面，这些平台可具有几十米的侧边和可能达到几万吨(或几十万吨)的重量。

它们支撑提取油所需的整个装备，也可以在现场进行转化；有时它们也包括旨在确保人员在平台上的多个设备。

为了将其锚固，通常使用几组链(也称为地面起锚(groundtackles，锚泊锁具))，这些组中的每一个都布置在平台的一个角度处。

每个锚固组包括彼此平行布置的几个链(例如，三个或更多)。

每个锚固链包括金属链节的链，每个链节具有几十厘米的长度并且由具有例如9至20cm直径的线材(wire，钢筋)制成。

这些锚固链中的每一个的下端包括用于通过埋置在海底中的块体将该锚固链固定到地面的装置。其上端向上延伸到控制站，该控制站布置在平台的侧面，在该锚固链的水线上方，用于通过张紧器绞盘而操作。

在它们的上端与下端之间，这些链的中间部分与通常称为“导缆器”的设备相关联。

这些导缆器固定至平台，通常在水线水平以下。

由与锚固链相关联的张紧器绞盘施加到每个锚固链的张力由锁定装置锁定，锁定装置中的一些可以设置在导缆器自身内，例如，以由绕彼此平行的旋转轴铰接的两个钳口构件(或颊板)组成的钳口的形式。

这些导缆器还确保引导相关联的锚固链在一方面上游部分(从控制站竖直地延伸)与另一方面下游部分(以倾斜方式向下延伸到埋置在海底的块体)之间的方向变化。

例如在文献us5845893和wo2013/088082中描述的这种类型的导缆器包括两个结构：

(i)用于将导缆器紧固到浮动设施的上游结构，承载用于引导锚固链在上游部分与下游部分之间的方向变化的引导装置，以及

(ii)下游结构，包括用于锁定锚固链的平移的装置。

下游结构通过限定水平旋转轴线的枢转连接装置与上游结构组装在一起。

该下游结构因此适于绕该水平旋转轴线在允许的角扇区中枢转，以适应锚固链的下游部分的倾斜。

但是，在实践中，在如这些文献us5845893和wo2013/088082中所描述的导缆器中，锚固链的中间部分易于经受下游结构的角位置导致的不期望的张力。

实际上，该中间部分可以经受弯曲，该弯曲不适于下游结构相对于由上游结构承载的引导装置的某些倾斜。

从文献fr2601322中还已知一种用于引导锚固链的导缆器，该锚固链包括两个结构：

(i)上游紧固支撑件，其与期望锚固的浮体成一体，以及

(ii)下游弯曲元件，其包括用于以棘齿形式锁定链的锁定装置和用于引导链的方向变化的引导装置。

上游紧固支撑件和下游弯曲元件通过限定水平旋转轴线的枢转连接装置组装。

然而，这些枢转连接装置在链的通过线下方偏移，以不妨碍链的位移；这使得结构体积庞大并且损害其强度。

技术实现要素：

本发明旨在通过提出一种具有非常紧凑和有抗性的结构，并且还允许减少(或甚至消除)中间部分上的张紧现象，并且无论其下游结构的角位置如何的导缆器，来补偿该缺陷。

为此，该导缆器是包括以下的类型：

(i)上游结构，用于将导缆器紧固至浮动设施，以及

(ii)下游结构，包括用于锁定相关联的锚固链的平移的装置，

该下游结构通过限定水平旋转轴线的枢转连接装置而与所述上游结构组装在一起，

并且该导缆器包括引导装置，用于引导锚固链在上游部分与下游部分之间的方向变化，所述引导装置配备所述下游结构；

此外，所述下游结构包括两个侧板，这两个侧板界定锚固链的通道，并且在侧板之间布置有锁定装置和引导装置；

并且根据本发明，所述侧板的每个的上游端包括u形承载件，该u形承载件容纳所述上游结构的互补的臂并且通过螺柱配合在一起，以形成枢轴连接装置，每个承载件包括两个相对的、彼此远离的分支，所述引导装置至少在与两个承载件相对的下部分支之间延伸。

在实践中，这种导缆器尺寸减小并且非常耐用；它还允许锚固链的引导，而不会在其中间部分中引起不适当的弯曲，而无论其下游结构相对于其上游结构的倾斜度如何。

根据可以彼此组合或彼此独立地采取的其它有利特征：

-所述引导装置包括旨在形成用于锚固链的在上游部分与下游部分之间延伸的部分的滑动表面的下表面；在这种情况下，引导装置的下表面优选地包括：(i)上游部件，其纵截面凸起地弯曲，以及(ii)下游部件，其纵截面是直线性的；更优选地，引导装置的上游部件在径向平面的任一侧延伸，该径向平面一方面穿过水平旋转轴线，另一方面垂直于下游结构的纵向轴线延伸；

-下表面包括：(i)纵向槽，旨在容纳锚固链节(theanchoringchainlink，锚固链环)，锚固链节的主平面垂直于导缆器的水平旋转轴线地延伸，以及(ii)两个侧向带，在所述纵向槽的每一侧上延伸，用作用于锚固链节的支承面，锚固链节的主平面平行于所述水平旋转轴线延伸；

-引导装置的上游端是张开的；

-平移锁定装置包括由两个钳口构件组成的钳口，两个钳口构件绕彼此平行的旋转轴线铰接，所述钳口构件与用于在所述活动位置和非活动位置之间在相反方向上旋转操作的装置相关联；在这种情况下，优选地，操作装置包括：(i)称为“配重”的惰性质量，其与运动地所述钳口构件耦接，并且可在高度上在分别对应于钳口构件的活动位置和非活动位置的下部位置和上部位置之间操作，以便操作并趋于将所述钳口构件保持在所述活动位置，和(ii)致动器装置，由控制装置控制，用于将所述钳口构件从所述活动位置到所述非活动位置的操作，并且用于所述配重从所述下部位置到所述上部位置的操作。

本发明还涉及一种用于将浮动设施锚固到地面的系统，包括：

-至少一个如上文所述的导缆器，以及

-适合与所述导缆器配合的锚固链，

引导装置的下表面的弯曲的上游部件限定圆弧，该圆弧的直径对应于构成所述锚固链的链节的线材的直径的7至20倍，优选地约15至18倍。

附图说明

通过以下对附图中所示的特定实施方式的描述，将进一步说明本发明，而不以任何方式限制本发明，在附图中：

-图1部分地示出了配备有以细微透视图示出的根据本发明的锚固系统的浮动平台；

-图2是允许观察并置的锚固链的透视图，根据图1的锚固系统的上部的放大图；

-图3以透视图和放大视图示出配备根据图1的锚固系统的导缆器中的一个；

-图4是图3的导缆器的根据竖直纵向截面图的截面图；

-图5是导缆器的下游结构的根据穿过引导装置的横向截面的截面图；

-图6以透视图且独立地示出图3至图5中所示的导缆器的下游结构；

-图7示出导缆器的这个相同的下游结构，单独地示出并且示出了在其旨在与上游结构配合的端部的一侧；

-图8和图9是导缆器的下游结构的根据纵向截面图的局部视图，其分别示出了钳口的钳口构件处于活动位置和非活动位置。

如图1中示意性地示出的，根据本发明的导缆器1旨在作为用于锚固浮动平台p至地面的系统2的部分(该平台p在本文中仅局部地示出)。

该平台p漂浮在海底地面s上方的水体m上，限定水线f。

锚固系统2由多个锚固组g组成，例如每个锚固组g布置在平台p的一个角度处(在图1中，仅示出了这些锚固组g中的一个)。

如图2所示，每个锚固组g包括并置并且平行或者基本上平行于彼此布置的多个锚固链c(本文中七个锚固链c)。

每个锚固链c由两两交错的多个金属链节m1、m2形成(具体在图5中可见)。

这些链节m1、m2分别各自限定主平面m1'、m2'。

两个连续链节m1、m2的主平面m1'、m2'彼此垂直地延伸。

这些链节m1、m2由钢制成；它们的长度可以为约50至120cm，并且它们的宽度可以为约30至80cm。它们由线材制成，线材的直径例如被包括在9与20cm之间。

锚固链c的下游下端c1以任何合适的方法固定至放在海底的地面s上的块体t，或者优选地埋置该地面s内(在图1中，仅示出其中一个链c的下端c1)。

不同的链c的上游上端c2延伸直至配备至平台p的控制站3，在水线f以上，并且本文中在平台p的上部分(图1和2)处。

在该控制站3内(具体在图2中示出)，具体具有：

-止动装置4，适合于确保链c中的每一个的平移锁定，并且

-张紧器装置5，在此包括单个张紧器绞盘，其以平移移动的方式安装在止动装置4上方，以用于张紧构成锚固组g的链c中每一个。

与每个链c配合的止动装置4包括钳口类型的机构，该机构包括绕水平轴线铰接的两个钳口构件。

这些钳口构件可在相对于彼此(例如，通过操作轮)相反的方向上在活动位置与非活动位置之间操作，活动位置用于锁定相关联的锚固链c在上游到下游方向上的平移，而这些钳口构件在非活动位置中彼此间隔开以允许链c平移。

张紧器绞盘5例如包括电动绞车，适于在两个方向上操作与其相关联的锚固链c。

在此，该张紧器绞盘5安装在由轨道结构引导的滚动框架上，该轨道结构沿着平行于止动装置4的滚动路径布置。

作为替代(未示出)，锚固链c中的每一个的上端c2与其自己的固定张紧器绞盘相关联。

每个锚固链c还具有在其下端c1与其上端c2之间延伸的中间部分c3。

该中间部分c3与导缆器1中的一个配合，在此固定到平台p并且在其水线f的水平以下。

该导缆器1允许在水线f下方偏移相关联的锚固链c从平台p(图1)移开的点。

因此，每个导缆器1确保了锚固链c的这个中间部分c3在以下之间的方向变化引导：

-竖直上游部分c4(或者竖直上游铰合线)，从控制站3(更确切地说从相关联的止动装置4)延伸并且降至导缆器1，以及

-倾斜向下部分c5(或者倾斜下游铰合线)，沿着从该导缆器1降至锚固的块体t的下降坡度延伸到地面s。

如图1和2示出的，槽形部分(troughsection)6参与每个锚固链c的竖直部分c4的引导和保持。

下面结合图3至9描述根据本发明的导缆器1的结构和操作。

如图3和4中示出的，导缆器1包括两个结构：

(a)上游结构10，用于该导缆器1紧固至浮动设施p，以及

(b)下游结构11，围绕水平旋转轴线12'自由旋转，包括：

(b1)引导装置13，用于引导锚固链c在其上游部分c4与其下游部分c5之间的方向变化，以及

(b2)锁定装置14，用于锁定锚固链c的平移。

这种导缆结构1，特别是在下游结构11上的引导装置13的存在允许减少(或者甚至消除)在锚固链c的中间部分c3上产生的可能的张紧现象，而不管下游结构11围绕其旋转轴线12'的倾斜状况。

在这里，导缆器1的上游结构10与支撑部件15组装在一起，该支撑部件例如通过焊接和/或附加部件(螺纹连接，铆接等)可移除地紧固到固定至浮动平台p的接收部件16。

上游结构10紧固到支撑部件15，以使其绕竖直或至少大致竖直延伸的轴线17具有旋转自由度(图3和4)。

为此目的，支撑部件15包括圆柱形轴颈承载件(图中不可见)，上游结构10的圆柱形后部101(形成螺柱)被旋转地适配和引导在该圆柱形轴颈承载件上。

该上游结构10还包括承载部件102，该承载部件上增加有下游结构11。

该承载部件102在此包括两个侧向臂1021(每个都以板的形式)，它们每个在竖直平面中彼此平行且相对地延伸。

从圆柱形后部101悬伸的每个侧向臂1021包括两个端部：

-后端，紧固至圆柱形后部101，以及

-前端，通过枢轴连接装置12紧固至下游结构11，以形成水平旋转轴线12'。

这两个侧向臂1021具有合适的间隔，以在它们之间限定用于锚固链c的通道。

对于这些部件，下游结构11包括承载引导装置13和锁定装置14的支撑部件111。

支撑部件111在此由在下游结构11的纵向轴线11'的两侧上彼此平行且远离布置的两个侧向金属板(由相同的附图标记111表示)构成。

布置在竖直平面上的侧板111限定锚固链c的通道。

每个侧板111包括两个端部：

-上游端111a，枢转地安装在上游结构10的侧向臂1021中的一个上，并且围绕水平旋转轴线12'，以及

-下游端111b，其与相对的侧板111的下游端111b一起承载用于引导锚固链c的下游部分c5的方截面管状构件112。

这些上游端111a和下游端111b还分别形成下游结构11(分别由相同的附图标记表示)的上游端和下游端。

在此，如特别在图6和7中所示，侧板111中的每一个的上游端111a包括u形承载件。

每个承载件111a包括彼此远离的两个相对的分支：

-内分支111a1，与下游结构11的另一侧板111相对延伸，以及

-外分支111a2，远离下游结构11的另一侧板111延伸。

因此，每个上游端111a在其两个分支111a1、111a2之间接收上游结构10的两个侧向臂1021中的一个，并且通过螺柱12a一起配合。

下游结构11的枢转连接装置12因此包括彼此远离且彼此同轴地布置的两个螺柱12a，以限定水平旋转轴线12'。

这种结构特别用于限定水平旋转轴线12'，同时在下游结构11内保持锚固链c的通道。

在根据本发明的该导缆器1中，引导装置13和锁定装置14布置在下游结构11的侧板111之间：

-引导装置13布置在与侧板111相对的上游端111a之间，以及

-锁定装置14布置在与侧板111相对的下游端111b之间。

引导装置13在此由细长金属部件形成，该细长金属部件紧固在下游结构11的两个侧板111之间，并且它们在该下游结构11的长度的一部分上延伸。

该细长金属部件13的下表面131构成用于引导链c的中间部分c3的滑动表面。

在此，引导装置13的该下表面131包括：

-上游部件133，其纵截面在链c的侧面上弯曲成凸状，以及

-下游部件134，其纵截面是直线性的。

对于“纵截面”，尤其应理解为平行于下游结构11的侧板111或垂直于其水平旋转轴线12'延伸的截面。

具体地，引导装置13的上游部分133相对于且远离水平旋转轴线12'延伸。

因此，引导装置13的该上游部分133在径向平面r的两侧延伸，该径向平面一方面穿过水平旋转轴线12'，另一方面垂直于下游结构11的纵向轴线11'延伸(图4)。

在此，引导装置13，特别是弯曲的上游部件133在与侧板111的两个上游端111a相对的内分支111a1之间延伸。

该上游部件133在此限定了在约30°至50°的角扇区上延伸的圆弧。

该上游部件133的直径有利地对应于构成锚固链c的链节的线材的直径的7至20倍，优选地为约15至18倍。

该结构特征旨在为锚固链c的中间部分c3提供最佳曲线。

例如，对于具有157mm的链节的线材，上游部件133的直径有利地为2680mm。

下游部件134本身平行于下游结构11的纵向轴线11'延伸。

该下游部件134仅在下游结构11的长度的一部分上延伸，并且因此远离锁定装置14地终止。

如在图5中详细示出的，引导装置13的下表面131在其全长上包括：

-纵向槽135，旨在容纳锚固链c的链节m1，该链节的主平面m1'垂直于水平旋转轴线12'延伸，以及

-两个侧带136，在所述纵向槽135的两侧延伸，用作锚固链c的链节m2的支承表面，该链节的主平面m2'平行于水平旋转轴线12'地延伸。

这里，纵向槽135包括具有倒u形的水平截面的部件，该部件由延伸过彼此远离并相对延伸的两个侧壁1352的底壁1351组成。

两个侧向带136本身彼此相对地延伸并且垂直于纵向槽135的侧壁1352并且相对于侧板111延伸。

这些侧向带136各自包括两个边缘：

-内边缘1361，连接至纵向槽135的侧壁1352中的一个的内边缘，以及

-外边缘1362，连接至下游结构11的侧板111中的一个。

如图7中具体示出的，引导装置13的上游端137在此是张开的，以便于链c在引导装置13处通过。

通常，引导装置13的尺寸取决于构成锚固链c的链节m1、m2的尺寸。

特别地，与下游结构11相对的两个侧板111之间分开的距离等于(在间隙内)、或者高于链c的链节m1、m2的宽度。

引导装置13的底壁1351的深度稍微高于链c的链节m1、m2的宽度的一半。

该底壁1351的宽度(在间隙内)一方面与链c的链节的线材的直径相同，或者高于链c的链节的线材的直径，另一方面，低于所述链节的宽度。

但是，在实践中，这些引导装置13适于接收若干尺寸的链环，或甚至适于在锚固链c的安装期间使用的线缆。

例如，引导装置13的底壁1351的深度是200mm；该底壁1351的宽度是170mm。

锁定装置14本身包括与操作装置142相关联的钳口141(具体在图8和9中可见)。

植入在下游结构11的两个侧板111(在其相对的下游端111b)之间的钳口141，由两个钳口构件1411(下部的1411a和上部的1411b)组成。

这些钳口构件1411各自具有两个端部：

-下游端1412，绕旋转轴线1413(分别为1413a和1413b)铰接，以及

-上游端1414，旨在与锚固链c(图8)的链节m1、m2配合，特别是与在竖直平面中延伸的链节m1的下游端配合。

这两个钳口构件1411的旋转轴线1413水平地、彼此平行地延伸，并且还平行于下游结构11的水平旋转轴线12'。

操作装置142本身包括：

-称为“配重”的惰性质量(inertmass)1421，其在下部位置(图8)与上部位置(图9)之间移动，并且与钳口构件1411耦接移动，以在旋转方向上移动，

-致动器装置1422，用于在反向旋转方向上操作钳口构件1411，以及

-齿轮1423，以确保两个钳口构件1411同步旋转，并且相对于彼此在相反的旋转方向上旋转。

配重1421通常具有向下开口的v形或u形形状，旨在处于较低位置以跨过下游结构11的管状构件112(图8-在竖直链节m1下游的水平链节m2在静止时阻止关闭钳口构件1411，因此配重1421的下降刚好在管状构件112上方并且不与管状构件112接触)。

例如，该配重1421具有包括100kg与2000kg之间的质量。

该配重1421由与钳口141的下钳口构件1411a连接的两个臂1424(图6)承载。

每个臂1424一方面包括紧固到配重1421的横向端的第一端，另一方面包括紧固到下钳口构件1411a的第二端。

这些臂1424因此耦接在下钳口构件1411a的两侧上，确保这些臂1424和相关配重1421绕所述相关联的下钳口构件1411a的旋转轴线1413a操作。

致动器装置1422在此包括由下游结构11，特别是由其下表面承载的线性致动器。

线性致动器1422在此包括与气源以及位于控制站3处的空气分配器(未示出)相关联的气压缸。

更准确地，该线性致动器1422是单效气压缸，其与钳口141的下钳口构件1411a的下延伸部1416配合。

该线性致动器1422在此无自由度地固定，并且平行于或者至少近似平行于下游结构11的纵向轴线11'延伸。

该线性致动器1422包括气缸1422a和移动杆1422b。

杆1422b是可延伸的；其自由端具有一般形式的球形帽，以与下钳口构件1411a的下延伸部1416的背面配合。

齿轮1423在此包括两个板，每个板都旋转地紧固到钳口构件211中的一个。

这些板1423在垂直于该钳口构件1411的旋转轴线1413的同一平面中延伸。

这些板1423通过在圆弧上延伸的齿条彼此啮合，因此形成轮或小齿轮的一部分(在图4中可见)。

在上文中结合图8和图9描述了该导缆器1的工作原理以及这些钳口构件1411在活动位置与非活动位置之间的操作。

特别地，为了锁定锚固链c的平移，线性致动器1422的杆1422b缩回到其气缸1422a中(图8)。

配重1421处于下部位置，确保由于施加的力而将钳口构件1411保持在活动位置。

这些钳口构件1411的上游端1414彼此靠近，然后与该锚固链c的链节之一(即，在此竖直延伸并平行于板111的链节m1)邻接；这些钳口构件1411因此从其下游端1412向其上游端1414会聚。

由于在下部位置的配重1421耦接到下钳口构件1411a，所以该活动位置得到保持。

配重1421在此直接覆盖下游管道112，并且因此延伸到锚固链c的下游部分c5的上方。

因此，该配重1421在第一旋转方向(本文图中顺时针方向)上通过其臂1424向下钳口构件1411a施加力矩；齿轮1423在第二旋转方向(逆时针)上向上钳口构件1411b传递力矩。

因此，锚固链c通过锁定装置14在上游到下游方向上适当地锁定平移。

此外，如图5所示，该锚固链c抵靠下游结构11的引导装置13的下表面131。

引导装置13在下游结构11上的这种布置允许根据下游段11的倾斜限制或甚至消除中间部分的不适当的弯曲，该弯曲将容易在后者上产生不期望的张力。

对于锚固链c的操作，特别是在上游到下游的方向上，控制装置被控制以便引起线性致动器1422的杆1422b相对于其气缸1422a的抽出(图9)。

然后，该操作使得杆1422b的端部位移，该杆停靠在下钳口构件1411a的下延伸部1416上，然后产生该钳口构件1411a绕其旋转轴线1413a在逆时针方向上枢转。

该运动通过齿轮1423传递到上钳口构件1411b，产生其在相反方向(图9中的顺时针方向)上的枢转。

在两个钳口构件1411的相反方向上的该旋转运动允许其从活动位置操作到非活动位置。

在该操作期间，配重1421本身从其下部位置(图8的靠近下游管状部分112)操作到上部位置(图9的远离该相同的管状部分112)。

在该上部位置中操作的配重1421允许机械势能，特别是重力势能累积。

将注意到，处于下部位置(图8)和处于上部位置(图9)的配重1421相对于其旋转轴线1413a向下游偏移(即，也相对于其关联臂1424的旋转轴线向下游偏移)。

其重心因此总是保持在相对于穿过该旋转轴线1413a的竖直平面的下游侧，因此有利于其根据图8和9的顺时针方向上的枢转。

锚固链c然后可以在导缆器1内在两个方向上平移地操作。

为了使钳口构件1411返回到活动位置，这足以消除致动器1422中的气压。

然后，配重1421引起杆1422b在其气缸1422a中的缩回以及相关联的钳口构件1411在活动位置(图8)中的枢转。

具有线性致动器1422的该实施方式借助于单效致动器(因此利用单个密封垫圈)有利地简单和可靠。

用于操作的该配重1421的存在和将钳口构件1411保持在活动位置中，在锚固链c的张紧过程中，或者对于拧紧稍微松弛的锚固链c也是有用的。

实际上，然后这足以在锚固链c上的下游到上游方向上施加牵引力；钳口构件1411在相关联的配重1421的作用下确保棘轮现象(钳口构件1411在链c的每个竖直链节m1的通过期间间隔开)。

在该实施方式中，配重1421还配备有钩板1421a(图3)，钩可以固定在钩板上，以便能够在该配重1421上施加向上的牵引力，并且因此将配重从其下部位置带到其上部位置。

该板1421a特别地用作冗余的安全装置，以在例如气动系统故障的情况下允许打开钳口141并且在导缆器1内释放链c。

根据本发明的导缆器因此提供了简单和有效的解决方案，以减小或甚至消除下游结构11绕其水平旋转轴线12'的角变化期间的张力。

根据本发明的导缆器1有利地在锚固链的中间部分的水平处有效地引导，而不施加由下游结构的倾斜度变化产生的可能的额外张力。