一种系泊水下安装锁定式快速连接装置的制作方法

1.本发明涉及海洋工程设备技术领域，尤其涉及一种系泊水下安装锁定式快速连接装置。


背景技术：

2.当代海洋资源开发多采用浮式结构，如用于油气开采的浮式生产储卸油装置（fpso）、半潜式采油平台，用于风能利用的浮式风机等，浮式结构依靠系泊系统定位于大海之中，现有的系泊系统在进行安装，尤其是在进行不同结构之间的连接时，常采用传统的固定销连接，往往需要诸多工作船与潜水队进行协同工作，潜水作业费用与工作拖轮租赁价格较高，在进行潜水作业时还存在一定的风险，单根逐次安装的方式使得完成整个系泊系统的安装工期较长。因此，设计一种系泊水下安装锁定式快速连接装置成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种系泊水下安装锁定式快速连接装置。
4.本发明是通过以下技术方案予以实现：一种系泊水下安装锁定式快速连接装置，包括快速公接头和快速母接头，其特征在于，所述快速公接头包括主轴及套接至主轴下段的球笼，所述主轴顶端设有第一销孔，所述球笼侧壁设有多行承载孔并嵌有承载钢珠，所述承载钢珠直径大于球笼壁厚，所述主轴下段设有多行与承载钢珠相适配的承载凹槽，承载凹槽的深度从上到下逐渐变浅，所述主轴底端与球笼间设有预紧件，所述快速母接头上段设有与球笼外径相适配的柱形孔，所述快速母接头底端设有第二销孔，所述主轴在球笼上方位置套接有锁定滑套。
5.优选地，所述主轴在球笼顶端上方设有环形凸阶，所述环形凸阶下侧阶面与球笼顶端上侧面间留有活动余量，所述环形凸阶外径与球笼外径相同，所述锁定滑套上段套接至环形凸阶，锁定滑套下段套接至球笼顶部，所述锁定滑套在其下段设有一行锁定圆孔并嵌有锁定钢珠，所述锁定钢珠直径大于锁定滑套壁厚，所述球笼在最上方一行的承载孔上方设有一行半球形的深锁定凹槽和一行半球形的浅锁定凹槽，所述深锁定凹槽位于浅锁定凹槽上方且深锁定凹槽半径大于浅锁定凹槽半径，所述快速母接头的柱形孔上段设有与锁定滑套外径相适配的滑孔，所述滑孔中部设有与锁定钢珠相适配的环形锁定槽。
6.优选地，所述锁定滑套在锁定圆孔下方设有一行连接圆孔并嵌有连接钢珠，所述连接钢珠直径大于锁定滑套壁厚，所述球笼在最上方一行的承载孔与浅锁定凹槽间设有一行与连接钢珠相适配的长圆形的连接孔，所述连接孔的长度方向平行于球笼的轴线方向。
7.优选地，当连接钢珠抵接至连接孔顶端时，锁定钢珠处于卡接深锁定凹槽位置；当连接钢珠抵接至连接孔底端时，锁定钢珠处于卡接浅锁定凹槽位置。
8.优选地，所述连接钢珠直径大于锁定滑套壁厚与球笼壁厚之和，所述主轴设有与
连接钢珠相适配的连接凹槽，所述连接凹槽深度均匀，连接凹槽的长度方向平行于主轴的轴线方向。
9.优选地，所述预紧件为设于主轴下侧面与球笼内底面间的波形弹簧。
10.优选地，所述主轴下侧面设有与波形弹簧内径相适配的凸台，波形弹簧的自然状态高度大于凸台高度。
11.优选地，所述球笼底面设有与凸台相适配的避让孔。
12.优选地，当承载钢珠处于不受外力时，承载钢珠凸出球笼外壁的高度小于其凸出球笼内壁的高度。
13.本发明的有益效果是：本发明结构简单，相对于传统的插销式安装，在连接过程中无需潜水队进行潜水作业，保障了工作人员的安全，同时安装时间大大减少，安装成本有效降低，且本装置可以使其受到的拉力均匀分散到承载钢珠上，可以承载更大的系泊拉力，受力更均匀，能够有效提高使用寿命及可靠性；锁定滑套可防止主轴因受到其轴线方向的震荡力而导致其意外脱离快速母接头；连接钢珠与连接孔相配合使得锁定钢珠可准确地卡接至与其对应的深锁定凹槽或浅锁定凹槽；深锁定凹槽与浅锁定凹槽的布置位置可进一步提高锁定钢珠在锁紧过程中的准确度；锁定钢珠、连接孔及连接凹槽相配合可防止承载钢珠滑移至与其相邻的承载凹槽，提高了快速公接头整体结构的稳定性；波形弹簧可实现预紧锁效果，且波形弹簧的布置位置便于对其进行装配；凸台可避免波形弹簧相对于主轴轴线发生偏斜；避让孔可避免主轴与球笼发生干涉；承载钢珠的布置方式可防止承载钢珠脱出承载孔。
附图说明
14.图1是本发明的结构示意图。
15.图2是本发明所述主轴的结构示意图。
16.图3是本发明所述锁定滑套的结构示意图。
17.图4是本发明所述球笼的结构示意图。
18.图5是图4中a处放大结构示意图。
19.图6是本发明所述快速母接头的结构示意图。
20.图中：1、快速公接头；2、锁定滑套；3、波形弹簧；4、快速母接头；5、第一销孔；6、环形凸阶；7、连接凹槽；8、承载凹槽；9、凸台；10、锁定钢珠；11、连接钢珠；12、锁定圆孔；13、连接圆孔；14、承载钢珠；15、承载孔；16、球笼；17、深锁定凹槽；18、浅锁定凹槽；19、连接孔；20、滑孔；21、环形锁定槽；22、柱形孔；23、第二销孔。
具体实施方式
21.为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
22.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
23.如图1所示，本发明包括快速公接头1和快速母接头4，其特征在于，所述快速公接头1包括主轴及套接至主轴下段的球笼16，所述主轴顶端设有第一销孔5，如图4所示，球笼16侧壁设有多行承载孔15并嵌有承载钢珠14，所述承载钢珠14直径大于球笼16壁厚，如图2所示，主轴下段设有多行与承载钢珠14相适配的承载凹槽8，承载凹槽8的深度从上到下逐渐变浅，如图6所示，快速母接头4上段设有与球笼16外径相适配的柱形孔22，用于插入快速公接头1，所述主轴底端与球笼16间设有预紧件，用于使承载钢珠14凸出球笼16内壁的部分抵接至承载凹槽8较浅的区域，从而使得承载钢珠14凸出球笼16外壁的部分抵接至柱形孔22，并在快速母接头4内壁压出凹槽，达到预紧效果，所述快速母接头4底端设有第二销孔23，第一销孔5和第二销孔23用于连接锚链或者海洋平台，当主轴受到脱离快速母接头4的拉力时，承载钢珠14凸出球笼16内壁的部分将抵接至承载凹槽8更浅的区域，相对球笼16外壁更加凸出，使得快速母接头4内壁压出的凹槽更深，锁定更紧，所述主轴在球笼16上方位置套接有锁定滑套2，可防止主轴受到其轴线方向的震荡力而导致其意外脱离快速母接头4，本装置可用于水下系泊系统安装时的快速连接，包括但不限于海洋平台与锚链以及锚链间的连接，安装时无需饱和潜水及拖航船配合，仅需在水下固定快速母接头4，使其保持与水平角度稍小于90
°
，使用水下机器人rov控制快速公接头1插入后，下压锁定滑套2进行二次锁紧，即可完成安装。相对于传统的插销式安装，在连接过程中无需潜水队进行潜水作业，保障了工作人员的安全，同时安装时间大大减少，安装成本有效降低，且本装置可以使其受到的拉力均匀分散到承载钢珠14上，相对于原先的插销式连接，可以承载更大的系泊拉力，受力更均匀，能够有效提高使用寿命及可靠性。
24.所述主轴在球笼16顶端上方设有环形凸阶6，所述环形凸阶6下侧阶面与球笼16顶端上侧面间留有活动余量，当承载钢珠14在承载凹槽8内滑动时，此处的活动余量可避免球笼16顶端与环形凸阶6发生干涉，所述环形凸阶6外径与球笼16外径相同，所述锁定滑套2上段套接至环形凸阶6，锁定滑套2下段套接至球笼16顶部，如图3所示，锁定滑套2在其下段设有一行锁定圆孔12并嵌有锁定钢珠10，所述锁定钢珠10直径大于锁定滑套2壁厚，所述球笼16在最上方一行的承载孔15上方设有一行半球形的深锁定凹槽17和一行半球形的浅锁定凹槽18，所述深锁定凹槽17位于浅锁定凹槽18上方且深锁定凹槽17半径大于浅锁定凹槽18半径，通过向锁定滑套2单独施加外力可实现锁定钢珠10在对应深锁定凹槽17位置与对应浅锁定凹槽18位置进行变换，所述快速母接头4的柱形孔22上段设有与锁定滑套2外径相适配的滑孔20，所述滑孔20中部设有与锁定钢珠10相适配的环形锁定槽21，当锁定钢珠10卡接至深锁定凹槽17时，锁定滑套2可在滑孔20内自由滑动，当锁定钢珠10卡接至浅锁定凹槽18时，锁定钢珠10相对锁定滑套2外表面凸出，凸出部分即可卡在快速母接头4事先预留的环形锁定槽21中，实现锁定滑套2与快速母接头4之间的锁定。
25.如图3所示，所述锁定滑套2在锁定圆孔12下方设有一行连接圆孔13并嵌有连接钢珠11，所述连接钢珠11直径大于锁定滑套2壁厚，如图4及图5所示，球笼16在最上方一行的承载孔15与浅锁定凹槽18间设有一行与连接钢珠11相适配的长圆形的连接孔19，所述连接孔19的长度方向平行于球笼16的轴线方向，连接钢珠11与连接孔19相配合可避免锁定滑套2相对于球笼16发生转动，使得锁定滑套2在滑动时，锁定钢珠10可准确地卡接至与其对应的深锁定凹槽17或浅锁定凹槽18。
26.当连接钢珠11抵接至连接孔19顶端时，锁定钢珠10处于卡接深锁定凹槽17位置；
当连接钢珠11抵接至连接孔19底端时，锁定钢珠10处于卡接浅锁定凹槽18位置，在滑动锁定滑套2使锁定钢珠10在对应深锁定凹槽17位置与对应浅锁定凹槽18位置进行变换的过程中，可防止锁定钢珠10直接越过深锁定凹槽17或者浅锁定凹槽18，进一步提高锁定钢珠10在锁紧过程中的准确度。
27.所述连接钢珠11直径大于锁定滑套2壁厚与球笼16壁厚之和，所述主轴设有与连接钢珠11相适配的连接凹槽7，所述连接凹槽7深度均匀，连接凹槽7的长度方向平行于主轴的轴线方向，锁定钢珠10、连接孔19及连接凹槽7相配合，可避免锁定滑套2、球笼16及主轴发生相对转动，可防止承载钢珠14滑移至与其相邻的承载凹槽8，提高了快速公接头1整体结构的稳定性。
28.所述预紧件为设于主轴下侧面与球笼16内底面间的波形弹簧3，使得主轴向脱离球笼16方向发生轴向运动，在此过程中承载钢珠14虽仍嵌入在球笼16中，但由于球笼16与主轴之间的相对运动，使得承载钢珠14对应的承载凹槽8位置变浅，承载钢珠14凸出球笼16外壁的部分即抵接至柱形孔22，并在快速母接头4内壁上压出凹槽，达到预紧效果，且波形弹簧3的布置位置便于对其进行装配。
29.所述主轴下侧面设有与波形弹簧3内径相适配的凸台9，波形弹簧3的自然状态高度大于凸台9高度，凸台9可避免波形弹簧3相对于主轴轴线发生偏斜。
30.所述球笼16底面设有与凸台9相适配的避让孔，主轴与球笼16进行相对运动时，避让孔可避免两者发生干涉。
31.当承载钢珠14处于不受外力时，承载钢珠14凸出球笼16外壁的高度小于其凸出球笼16内壁的高度，防止承载钢珠14脱出承载孔15。
32.本发明的工作原理是，在陆地上完成快速公接头的安装，将波形弹簧套在主轴底部凸台，将锁定滑套与球笼连接，此时连接钢珠位于球笼的连接孔上端，锁定钢珠位于深锁定凹槽，二者套接在主轴上后，即完成快速公接头的安装；在水下固定快速母接头，保持与水平角度稍小于90
°
，使用rov控制快速公接头插入后，下压锁定滑套，即完成快速公接头与快速母接头的连接与锁定，在下压锁定滑套的过程中，嵌在锁定滑套的连接钢珠在球笼的连接孔上移动，使得锁定滑套上的锁定钢珠由原先的深锁定凹槽位置移动到浅锁定凹槽位置，锁定钢珠相对锁定滑套外表面凸出，卡在快速母接头事先预留的环形锁定槽中，使锁定滑套与快速母接头之间实现锁定，此时球笼也通过锁定钢珠与锁定滑套之间实现锁定。撤去rov后，主轴受到波形弹簧的推力作用，使得主轴相对于原本与快速母接头锁定的球笼及锁定滑套发生轴向运动，承载钢珠虽仍嵌入在球笼中，但由于球笼与主轴之间的相对运动，使得承载钢珠对应的主轴承载凹槽位置由深变浅，承载钢珠相对球笼外表面凸出，在快速母接头内壁上压出凹槽。此时，球笼同时通过锁定钢珠和承载钢珠实现与快速母接头的锁定，且随着装置受到的拉力增大，承载钢珠对应主轴上的承载凹槽深度更浅，相对球笼外表面更加凸出，使得快速母接头内壁压出凹槽更深，锁定更紧。本发明结构简单，相对于传统的插销式安装，在连接过程中无需潜水队进行潜水作业，保障了工作人员的安全，同时安装时间大大减少，安装成本有效降低，且本装置可以使其受到的拉力均匀分散到承载钢珠上，可以承载更大的系泊拉力，受力更均匀，能够有效提高使用寿命及可靠性；锁定滑套可防止主轴因受到其轴线方向的震荡力而导致其意外脱离快速母接头；连接钢珠与连接孔相配合使得锁定钢珠可准确地卡接至与其对应的深锁定凹槽或浅锁定凹槽；深锁定凹槽与浅锁定
凹槽的布置位置可进一步提高锁定钢珠在锁紧过程中的准确度；锁定钢珠、连接孔及连接凹槽相配合可防止承载钢珠滑移至与其相邻的承载凹槽，提高了快速公接头整体结构的稳定性；波形弹簧可实现预紧锁效果，且波形弹簧的布置位置便于对其进行装配；凸台可避免波形弹簧相对于主轴轴线发生偏斜；避让孔可避免主轴与球笼发生干涉；承载钢珠的布置方式可防止承载钢珠脱出承载孔。
33.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。