专利名称：具有多轴自由度的张紧器缸连接件的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及海洋立管张紧器，并且具体而言，涉及用具有多轴自由度的张紧器缸连接件(tensioner cylinder connection)来适应立管倾斜的上推式张紧器。
背景技术：
离岸采油平台必须支撑来自油气井的从海底井延伸到平台的采油立管。对于固定在海底的平台而言，这是易于实现且在本领域中是公知的。然而，对于需要使用诸如张力腿平台(TLP)或半潜式平台的浮动平台的深水海底完井而言，支撑立管呈现重大问题。这些平台在波浪、风和水流的影响下移动并承受各种力。因此，立管张紧机构必须容许平台相对于立管移动。立管张紧机构还必须维持立管张紧，使得立管的整个重量不会传递到井口并使得立管不会在其自重下坍塌。因此，张紧机构必须在立管上施加连续的张紧力。此外，必须将该力维持在较窄公差内。上推式张紧器在海底应用中具有若干优点，一个优点是该张紧器与其它类型的张紧器相比在较小空间中适应较高载荷。这部分因为上推式张紧器使用更高效的活塞端部且在端部连接处不需要张拉装置。另外，上推式张紧器中的压力未作用于缸的杆侧。在大海风大浪急且浮动平台经历大范围竖直运动的情况下，上推式张紧器能更好地适应竖直运动。另外，上推式张紧器的使用可减小它们必须在其中操作的盐水环境的腐蚀作用，这是因为张紧器的高压密封件未邻近该氛围定位并与腐蚀性的流体和碎屑隔离。TLP在较深的水中提供了稳定的钻井平台。在TLP中，张力腿从平台向下延伸到位于海床处的锚。张力腿是相对无弹性的，意味着消除了平台的大部分竖直运动。TLP允许井口组件位于水面上而非海床上。立管将通常从井口组件向下延伸到海床。这一设置允许更简单的完井和更好的采油控制。然而，在TLP中，立管可相对于TLP从竖直方向倾斜。立管从竖直方向倾斜的量在运转期间不是静态的并且随时间变化。虽然希望使用TLP和RAM型这两种上推式张紧器，但由于变化的立管倾斜，迄今为止构建的RAM型上推式张紧器目前不适于与TLP联用。在以前的RAM系统中，缸保持与立管串联，这允许立管的小间距。因此，需要用于TLP中的可随立管倾斜的上推式立管张紧器。
发明内容
通过提供了一种上推式张紧器的本发明的优选实施例，大致解决或回避了这些和其它问题，并且大致实现了技术优点，所述上推式张紧器用具有多轴自由度的张紧器缸连接件来适应立管倾斜。
根据本发明的一实施例，公开了一种用于在立管中维持张力的张紧器，该立管具有轴线并从海底井口组件延伸穿过浮动平台甲板中的开口。张紧器包括联接到立管的张紧环(tensioner ring)以及多个液压气动缸,每个缸在一端上具有至少一个柔性联接器,用于将缸联接在甲板与张紧环之间。每个柔性联接器包括联接到缸的下部部件、由第一销枢轴联接到下部部件的中间部件以及由第二销枢轴联接到中间部件的上部部件。第一销与第二销彼此间隔开且垂直，使得上部部件可相对于中间部件在第二销上枢转并且下部部件可相对于中间部件在第一销上枢转。根据本发明的另一实施例，公开了一种用于在立管中维持张力的张紧器，该立管具有轴线并从海底井口组件延伸穿过浮动平台甲板中的开口。张紧器包括联接到立管上的张紧环以及多个液压气动缸，每个缸在一端上具有至少一个柔性联接器，用于将缸联接在甲板与张紧环之间。将缸固定到张紧环的每个柔性联接器包括沿着缸的轴线延伸的支柱和围绕支柱布置而形成支柱环形空间的中间套筒。柔性联接器还包括固定到张紧环并限定一空腔的张紧环套筒，支柱和中间套筒插入该空腔中，使得环形空间形成于该套筒与张紧环套筒之间。张紧环套筒联接到中间套筒，使得张紧环套筒可相对于中间套筒在张紧环套筒与中间套筒之间的联接器上枢转。中间套筒联接到支柱，使得中间套筒可相对于支柱在中间套筒与支柱之间的联接器上枢转。根据本发明的又一实施例，公开了一种用于在立管中维持张力的张紧器，该立管具有轴线并从海底井口组件延伸穿过浮动平台甲板中的开口。张紧器包括联接到立管的张紧环以及多个液压气动缸，每个缸在一端上具有至少一个柔性联接器，用于将缸联接在甲板与张紧环之间。每个柔性联接器包括:缸转接器，其联接到缸的一端并具有与缸相反地从缸转接器延伸的两个支柱；定位在缸转接器的支柱之间的内枢轴，第一销穿过支柱的上端和内枢轴的上端；以及转接器闭锁组件，其具有从基座部件延伸的两个叉状物和与叉状物相反地从基座部件延伸的突出部，第二销穿过叉状物的与基座部件相反的端部和内枢轴的下部。第一销与第二销彼此间隔开且垂直，使得缸转接器可相对于内枢轴在第一销上枢转并且转接器闭锁组件可相对于内枢轴在第二销上枢转。根据本发明的另一实施例，公开了一种联接器，该联接器具有两个轴向自由度以将液压气动缸联接到用于张紧器的张紧环，该张紧器构造成在具有轴线并从海底井口组件延伸穿过浮动平台甲板中的开口的立管中维持张力。联接器包括固定到缸的缸板，该缸具有与缸相反地沿着缸板的轴线延伸的支柱和围绕支柱布置而形成支柱环形空间的中间套筒。联接器还包括固定到张紧环并限定一空腔的张紧环套筒，支柱和中间套筒插入该空腔中，使得环形空间形成于该套筒与张紧环套筒之间。张紧环套筒联接到中间套筒，使得张紧环套筒可相对于中间套筒在张紧环套筒与中间套筒之间的联接器上枢转。中间套筒联接到支柱，使得中间套筒可相对于支柱在中间套筒与支柱之间的联接器上枢转。根据本发明的再一实施例，公开了一种用于向穿过浮动离岸平台的甲板延伸的立管施加张力的方法。该方法将具有多个液压气动缸的张紧器组件安装在甲板与立管之间，并且在每个缸的一端与安装至立管的张紧环之间提供铰接联接。铰接联接包括将支柱安装至缸的一端，并且将套筒定位在支柱周围，使得支柱和套筒绕支柱的轴线是共轴的。该方法将套筒联接到支柱，使得套筒相对于支柱在第一轴线上枢转。该方法将张紧环套筒定位在套筒周围，使得套筒布置在联接器的空腔内，并且该方法将张紧环套筒联接到套筒和支柱，使得张紧环套筒相对于支柱在第二轴线上枢转。该方法将张紧环安装到联接器的与支柱相反的凸起，并且该方法响应于联接到张紧环的立管与平台之间的相对运动而使缸在第一和第二轴线上枢转。优选实施例的一个优点在于，它提供了可在缸与张紧环的联接处使用具有多个旋转自由度的联接器来适应张力腿平台(TLP)上的大载荷的上推式立管张紧器。另外，所公开的实施例由于它们安放在张力腿平台甲板上方而非下方而不易腐蚀。这也减少了对用以支撑立管张紧器的附加甲板结构的需求。所公开的实施例还消除了在使用数量较少的缸时的高压力蓄积。
为了取得并可更具体地理解本发明的特征、优点和目的以及其它将变得显而易见的方式，可以参考在附图中示出的本发明的实施例对以上简要概括的发明做出更具体的描述，附图形成本说明书的一部分。然而，应当指出，附图仅示出本发明的优选实施例且因此不被视为本发明的限制，因为本发明可许可其它等效实施例。图1是根据本发明的实施例的立管张紧器组件的剖视图。图2是图1的立管张紧器组件的缸连接器的剖视立体图。图3A是沿着线3-3截取的图2的缸连接器的未铰接的剖视图。图3B是图3的缸连接器的铰接的剖视图。图4A是沿着线4-4截取的图2的缸连接器的未铰接的剖视图。图4B是图4A的缸连接器的铰接的剖视图。图5是图1的立管张紧器组件的备选缸连接器。
具体实施例方式现在将在下文中参照附图更充分地描述本发明，附图示出了本发明的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施并且不应被解释为限于文中陈述的图示实施例。而是，提供这些实施例，使得本公开将是详尽和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。同样的标号始终表示同样的元件，并且主标记(若使用)表示备选实施例中的类似元件。在以下论述中，陈述了许多特定细节以提供对本发明的详尽理解。然而，对本领域技术人员而言将显而易见的是，可在没有此类特定细节的情况下实施本发明。另外，在大部分情况下，与钻井、送入操作等有关的细节已被省略，因为此类细节不被认为是获得本发明的完整理解所必需的，并被认为在相关领域技术人员的技能范围内。参照图1，立管张紧器组件11向立管13提供张力，该立管13使其下端固定至诸如海底井口组件(未示出)的海底设备。立管张紧器组件11具有图1中所示的名义张紧位置。立管13穿过船只(未示出)的甲板17中的开口 15向上延伸。尽管停泊着，但甲板17即船只通常将响应于水流和波浪运动而相对于立管13移动。多个缸19被供应加压的液压流体和气体，以在甲板17相对于立管13移动时向立管13提供向上的力，从而在立管13中维持均匀的张力。在一示例性实施例中，六个缸19可等距地布置在立管13周围。本领域技术人员将理解，可使用更多或更少的缸19。
每个缸19的下端35联接到甲板17，并且上端33联接到张紧环21。张紧环21是可夹持到立管13使得张紧环21与穿过立管13的轴线39共轴的环形盘状物体。张紧环21也可如下文更详细所述螺纹连接到立管13或立管张紧器接头上。本领域技术人员将理解，立管13可指在井口与钻机之间延伸的整个立管或邻近立管张紧器组件11与整个立管串联联接的立管张紧器接头。缸19的下端35周向地安放在开口 15周围。在图示实施例中，各个缸19的下端35联接在开口 15的边缘附近，使得具有穿过各缸19的各下端联接位置的边缘的圆的直径将大于张紧环21的直径。这样，立管张紧器组件11在立管13的预期最大倾斜下不会倾翻。本领域技术人员将理解，各缸19的下端35可按需在距开口 15的较大距离处联接到甲板17，使得当立管13如图1所示处于未倾斜状态时缸19的下端35不会直接在张紧环21下方联接到甲板17。另外，立管张紧器组件11可包括用于在开口 15中引导或集中立管13的防移位组件或引导组件23。引导组件23安装在立管13周围，同时位于张紧位置，用于与立管13或安装至立管13的构件接合。引导组件23可为适于维持立管13在开口 15内的居中位置的任何合适组件。在一示例性实施例中，引导组件23包括平行于轴线39轴向向下延伸且固定至张紧环21的传导套筒25。在图示实施例中，传导套筒25不与立管13的外表面接触。传导套筒25在立管13的外表面与传导套筒25的内表面之间限定环形空间。肋条可形成于传导套筒25的外表面上，并且平行于轴线39延伸传导套筒25的长度。如图所示，传导套筒25的外径接触开口 15的内径。传导套筒25具有足够的材料强度，以在经历当立管13倾斜时由开口 15施加的径向反作用力时抵抗永久变形或失效。可选的支撑环27可邻近开口 15在传导套筒25与立管13之间的环形空间内联接到立管13，以向传导套筒25提供另外的侧向支撑。当立管13试图在开口 15中相对于甲板17径向移位时，引导组件23将靠着传导套筒25施加反作用力，以约束沿径向的侧向移位。这样，在不允许立管13在开口 15中移位的情况下可适应立管13倾斜，该移位可能导致立管13撞击甲板17，从而损坏甲板17和立管13两者。引导组件23可包括从甲板17延伸到开口 15中的滚筒组件(未示出)。滚筒组件可与传导套筒25或更小的套筒相互作用，以防止立管13和传导套筒25与甲板17接触。在这些实施例中，传导套筒25的外径不会接触开口 15的内径。在授予Aksel等人、于2011年3月25日提交、题为“Marine Riser Tensioner”的共有美国专利申请N0.13/072，233中可以发现引导组件23的另外的实施例，该申请的公开内容以引用的方式整体并入本文中。各缸19具有缸筒(barrel)和杆，从而允许各缸19在缩回位置与伸展位置之间移动。在伸展位置，各缸19的上端33更远离各缸19的相应下端35移动，而在缩回位置，各缸19的上端33更靠近各缸19的相应下端35移动。如图所示，缸19位于名义位置，既未完全缩回也未完全伸展。固定至下端35的联接器37将各缸19联接到甲板17。各缸19的下端35用联接器37枢轴联接到甲板17。在示例性实施例中，缸19可在一个或更多平面中绕联接器37枢转。例如，缸19可在各联接器37的两个旋转轴线上枢转。类似地，各缸19用联接器41联接到张紧环21。与下部联接器37 —样，联接器41容许缸19绕联接器41枢转。缸19可在一个或更多平面中绕联接器41枢转。例如，缸19可在各联接器41的两个旋转轴线上枢转，如下文更详细所述。这样，当甲板17相对于立管13移动时，缸19可在一个或更多平面中且优选在至少两个平面中枢转。
本领域技术人员将理解，联接器37可包括联接器41的构件并以类似方式操作，从而允许使用关于联接器41所述类型的联接器如下文所述将缸19联接到张紧环21，并且将缸19联接到甲板17。再者，本领域技术人员将认识到，在其它实施例中，缸19可在上端33和下端35处使用不同类型的联接器。例如，缸19可用下述公开的联接器41联接到张紧环21，并且用于将缸19联接到甲板17的联接器37可为球窝接头。备选地，用于将缸19联接到甲板17的联接器37可属于下文关于联接器41所述的类型，并且用于将缸19联接到张紧环21的联接器41可为球窝接头。当甲板17和立管13相对于彼此移动时，在联接器37、41处将发生枢转。因此，当立管13相对于甲板17远离竖直方向倾斜时，张紧环21将从图1所示的位置移动。缸19将在联接器37、41处枢转，以维持到甲板17和张紧环21两者的连接。各缸19将按需伸展、缩回及枢转，以保持与张紧环21和甲板17联接。类似地，当立管13倾斜时，各缸19将按需缩回、扩张及枢转而在立管13上施加张紧力。参照图2，示出了联接器41的剖视立体图。联接器41可位于关于图2、3A和4A所示的未铰接位置或者如关于图3B和4B所示的铰接位置。铰接位置与立管13相对于甲板17的倾斜相对应。如图2中所示，联接器41包括固定至缸19的上端33的基部43。在图示实施例中，基部32包括缸板45，其具有与缸19在上端33处的外径大致相等的外径。缸板45可具有形成于其中的多个钻孔，用于螺栓或其它连接器通过以将缸板45固定至缸19的上端33。支柱47与缸19相反地从缸板45突出。在示例性实施例中，支柱47与缸板45的轴线46共轴。支柱47限定两个孔，即支柱缸孔49和支柱张紧环孔51。两个孔垂直于支柱47且平行于支柱缸板45的表面穿过支柱47。支柱缸孔49和支柱张紧环孔51彼此正交且轴向间隔开，使得缸孔49邻近缸19的上端33，并且支柱张紧环孔51位于支柱47邻近张紧环21 (图1)的一端附近。如图2中所示，中间套筒53布置在支柱47周围。在图示实施例中，中间套筒53具有比支柱47的外径更大的内径，使得环形空间48形成于中间套筒53与支柱47之间。中间套筒53也限定两个孔，即套筒缸孔55和套筒张紧环孔57。套筒缸孔55和套筒张紧环孔57分别与缸孔49和支柱张紧环孔51共轴。张紧环套筒59限定联接器空腔61并且布置在中间套筒53和支柱47周围。空腔61具有比中间套筒53的外径更大的内径，使得环形空间54形成于空腔61的内径与中间套筒53的外径之间。张紧环套筒59还将经在张紧环套筒59的外表面上形成的凸起71联接到张紧环21 (图1)。张紧环套筒59还限定联接器缸孔63和圆锥形联接器张紧环凹部65。联接器缸孔63与套筒缸孔55和支柱缸孔49大致共轴，使得缸销67可穿过联接器缸孔63、套筒缸孔55和支柱缸孔49。本领域技术人员将认识到，支柱缸孔49、套筒缸孔55和联接器缸孔63是对准的，但不一定共轴。在图示实施例中，套筒缸孔55和联接器缸孔63是共轴的。张紧环销69可穿过套筒张紧环孔57和支柱张紧环孔51。本领域技术人员将认识到，套筒张紧环孔57和支柱张紧环孔51是共轴的。当穿过它们相应的孔时，缸销67和张紧器销69将彼此垂直且轴向间隔开。在其它实施例中，缸销67可为一个或更多销，例如适于从相对侧插入支柱缸孔55中的两个销。两个缸销67可在支柱缸孔49的中间部分附近邻接，从而允许支柱47相对于中间套筒53的一些附加铰接。参照图4A，形成于支柱47中的支柱缸孔49在支柱47的中心附近具有形状为卵形的直径，具有约等于套筒销67的直径的宽度和大于套筒销67的直径的高度，使得套筒销67可朝向和远离缸板45的邻近表面在支柱缸孔49内轴向移动。随着支柱缸孔49从支柱47的中心延伸到支柱47的外表面，支柱缸孔49的直径将增大。支柱缸孔49的直径将大致与穿过缸销67中心的轴线73对准。因此，支柱缸孔49将具有大致圆锥形形状，其在支柱47的表面具有较大直径且在支柱47的中心附近具有较小直径，如图4A中所示。套筒缸孔55具有与套筒销67的直径大致相等的直径，使得缸销67可穿过套筒缸孔55，其中缸销67相对于套筒缸孔55小幅移动或不移动。在一实施例中，中间套筒53中的套筒缸孔55和套筒张紧环孔57具有热嵌配合到位的氮强化(nitixmic)套筒。联接器缸孔63具有与套筒销67的直径大致相等的直径，使得缸销67可穿过联接器缸孔63，其中缸销67在联接器缸孔63内小幅轴向移动或不轴向移动。参照图3A，支柱张紧环孔51具有与张紧器销69的直径大致相等的直径，使得张紧器销69可穿过支柱张紧环孔51，其中张紧环销69在支柱张紧环孔51内小幅轴向移动或不轴向移动。套筒张紧环孔57具有与张紧器销69的直径大致相等的直径，使得张紧器销69可穿过套筒张紧环孔57，其中张紧环销69在套筒张紧环孔57内小幅轴向移动或不轴向移动。联接器张紧环凹部65是在联接器59的空腔61的内径中形成的圆锥形轮廓。联接器张紧环凹部65与套筒张紧环孔57和支柱张紧环孔51轴向对准。联接器张紧环凹部65具有圆锥形轮廓，其具有随着联接器张紧环凹部65向上依附而增大的内径。如下文更详细所述，联接器59可相对于中间套筒53枢转，使得中间套筒邻近张紧环21(图1)的一端可配合在联接器张紧环凹部65内。本领域技术人员将认识到，联接器张紧环凹部65将具有足够的轴向高度，以适应中间套筒53的上端。如文中所述，联接器41经历沿着凸起71和支柱47的轴线46的压缩载荷。参照图3A，在未铰接位置，张紧环销69将经历随支柱47经支柱张紧环孔51的载荷传递。张紧环销69将经历随中间套筒53经套筒张紧环孔57的载荷传递。参照图4A，缸销67将经历随中间套筒53经套筒缸孔55的载荷传递。缸销67将经历随联接器59经联接器缸孔63的载荷传递。因此，由立管13(图1)施加到缸19(图1)的压缩载荷可从联接器59经联接器缸孔63传递到缸销67并从缸销67经套筒缸孔55传递到中间套筒53。压缩载荷然后可从中间套筒53经套筒张紧环孔57传递到张紧环销69并从张紧环销69经支柱张紧环孔51传递到支柱47。载荷然后可沿支柱47向下传递且到缸19中。参照图3B和4B，示出了联接器41的两个铰接位置。如图3B中所示，张紧环套筒59如箭头75所示在缸销67的轴线73上旋转。旋转75可由张紧环21响应于立管13的倾斜的移动导致。环形空间54允许联接器59与中间套筒53之间的相对移动，从而适应旋转75。如图3B中所示，当联接器59在缸销67的轴线73上相对于中间套筒53旋转时，中间套筒53的上端将配合在凹部65内。联接器41的加载将与上述加载类似，因为来自联接器59的载荷将经缸销67传递到中间套筒53。接触部件的相对表面将维持接触，使得施加到联接器41的压缩载荷可如上所述传递。如图4B中所示，缸板45如箭头79所示在张紧环销69的轴线77上旋转。旋转79可由甲板17相对于立管13的移动导致。环形空间48允许中间套筒53与支柱47之间的相对移动，从而适应绕张紧环销69的轴线77的旋转79。如图所示，支柱缸孔49的圆锥形形状适应支柱47相对于缸销67的运动。支柱47可在支柱47的基座附近包括切口，以在支柱47如图4B所示相对于中间套筒53处于最大倾斜时适应中间套筒53的下端。联接器41的加载将与上述加载类似，因为载荷将从中间套筒53经张紧环销69传递到支柱47。接触部件的相对表面将维持接触，使得施加到联接器41的压缩载荷可如上所述传递。这样，联接器41可在两个轴线73、77上旋转，从而允许两个旋转自由度。参照图5，示出了备选联接器41’。联接器41’包括缸转接器81、内枢轴83和转接器闭锁组件85。缸转接器81可为类似于联接器41的缸板45的圆形板。缸转接器81安装至缸19的一端并且包括与缸19相反地从缸转接器81的表面延伸的两个支柱87。各支柱87可具有适于接纳张紧环销91的成形端部89。端部89的轮廓将张紧环销91偏压到端部89的中间部分。各支柱87还包括突耳93，该突耳93在端部89的周边上从端部89向外延伸，使得突耳93的外表面与支柱87的外表面和缸转接器81的垂直于支柱87从其突出的表面的外表面相齐平。各突耳93构造成接纳张紧环销91的一端，以防止张紧环销91移动离开端部89和支柱87。内枢轴83可为具有一宽度使得内枢轴83可配合在支柱87之间的大致长方体本体，支柱87的内表面与内枢轴83的外表面之间有足够的间隙，以允许内枢轴83相对于支柱87移动。内枢轴83可具有一长度，使得内枢轴83的一部分可与键槽93对准并且一部分可在键槽93下方定位在支柱87之间。内枢轴83包括与内枢轴83的一部分对准的张紧环销孔95，该部分邻近内枢轴83的顶部与键槽93对准。张紧环销孔95可为穿过内枢轴83的圆柱形孔。在装配联接器41’时，张紧环销孔95的轴线可与键槽93的轴线对准。张紧环销孔95可具有大致等于张紧环销91的直径，使得张紧环销91可穿过张紧环销孔95。这样，张紧环销91可将内枢轴83联接到支柱87，使得内枢轴83可相对于支柱87和缸转接器81在张紧环销91的轴线上枢转。本领域技术人员将理解，张紧环销91的外表面可与张紧环销孔95的内表面接触,使得相接触的表面可为载荷支承界面。在图示实施例中，内枢轴83包括平行于张紧环孔95的轴线从内枢轴83的相反表面延伸的支撑部件97。支撑部件97可具有构造成邻接突耳93的内表面并至少部分地在支柱87的相反端部89包围张紧环销91的端部。内枢轴83包括缸销孔99。缸销孔99邻近内枢轴83的底部穿过内枢轴83的布置在支柱87之间和张紧环孔95下方的部分。在图示实施例中，缸销孔99定位成使得缸销孔99的轴线垂直于张紧环孔95的轴线。缸销孔99可为穿过内枢轴83的圆柱形孔。转接器闭锁组件85可为具有从基座部件103延伸的两个叉状物101的轭或叉状部件。联接突出部105与叉状物101相反地从基座部件103延伸并且类似于张紧环联接器59的凸起71那样构造成联接到张紧环。各叉状物101可具有适于接纳缸销109的成形端部107。端部107的轮廓将缸销109偏压到端部107的中间部分。每个叉状物101还包括键槽111，该键槽111在端部107的周边上从端部107向外延伸，使得键槽111的外表面与叉状物101的外表面和基座部件103的外表面齐平。各键槽111构造成接纳缸销109的一端，以防止缸销109移动离开端部107和叉状物101。缸销孔99可具有大致等于缸销109的直径，使得缸销109可穿过缸销孔99。这样，缸销109可将内枢轴83联接到叉状物101，使得内枢轴83可相对于叉状物101和转接器闭锁组件85在缸销109的轴线上枢转。本领域技术人员将理解，缸销109的外表面可与缸销孔99的内表面接触，使得相接触的表面可为载荷支承界面。在图示实施例中，内枢轴83包括平行于缸孔99的轴线从内枢轴83的相反表面延伸的两个支撑部件113。在图示实施例中，联接器41’包括防旋转键115。防旋转键115留置在张紧环销91和缸销109的相反端部上的空腔内。防旋转键115将包括延伸到在叉状物101和支柱87的外表面中形成的匹配空腔中的部分。防旋转键115可通过任何合适的装置例如用图示的螺钉固定到支柱87和叉状物101。这样，防旋转键115可防止销91、109在键槽91、111内旋转，并且将销91、109分别固定到缸转接器81和转接器闭锁组件85。缸转接器81到转接器闭锁组件85的联接允许联接器41’类似于联接器41那样在缸销109上枢转第一旋转度以及在张紧环销91上枢转第二旋转度，同时还如上文关于图2-图4B的联接器41所述从缸19传递载荷。因此，所公开的实施例提供了优于现有技术立管张紧器的许多优点。例如，所公开的实施例提供了上推式立管张紧器，其可在缸与张紧环的联接处使用具有多个旋转自由度的联接器来适应张力腿平台(TLP)上的大载荷。另外，所公开的实施例由于它们安放在张力腿平台甲板上方而非下方而不易腐蚀。这也减少了对用以支撑立管张紧器的附加甲板结构的需求。所公开的实施例还消除了在使用数量较少的缸时的高压力蓄积。将会理解，本发明可采取许多形式和实施例。因此，可在前文中做出若干变型而不脱离本发明的精神或范围。在已参照本发明的某些优选实施例这样描述本发明的情况下，应该指出，所公开的实施例在性质上是示范性的而非限制性的，并且可在前面的公开内容中设想范围广泛的变型、改型、变更和替代，并且在一些情况下，可在没有其它特征的相应使用的情况下采用本发明的一些特征。基于对优选实施例的前文描述的研习，本领域技术人员可认为许多此类变型和改型是显而易见的和理想的。因此，宽泛地并以与本发明的范围一致的方式来解释所附权利要求是适当的。
权利要求
1.一种用于在立管(13)中维持张力的张紧器(11)，所述立管(13)具有轴线(39)且从海底井口组件延伸穿过浮动平台甲板(17)中的开口(15)，所述张紧器(11)包括: 张紧环(21)，其适于联接到所述立管(13)； 多个液压气动缸组件(19)，每个缸组件在至少一端(33，35)上具有柔性联接器(37，41)，用于将所述缸组件(19)联接在所述甲板(15)与所述张紧环(21)之间； 其中，每个柔性联接器(37，41)包括: 下部部件(43，81)，其联接到所述缸组件(19)中的一个；中间部件(53，83)，其由第一销(69,91)枢轴联接到所述下部部件(43,81);以及上部部件(59，85)，其由第二销(67，109)枢轴联接到所述中间部件(53，83)，所述第一销(69，91)和所述第二销(67，109)彼此间隔开且垂直，使得所述上部部件(59，83)能够相对于所述中间部件 (53，83)在所述第二销(67，109)上枢转并且所述下部部件(43，81)能够相对于所述中间部件(53，83)在所述第一销(69，91)上枢转。
2.根据权利要求1所述的张紧器，其特征在于: 所述下部部件(43)包括沿着所述缸组件(19)的轴线(39)延伸的支柱(47)； 所述中间部件(53)包括内套筒，所述内套筒布置在所述支柱(47)周围且枢轴联接到所述支柱(47)，以在所述支柱(47)与所述内套筒(53)之间形成支柱环形空间；并且 所述上部部件(59)包括限定空腔的外套筒，所述支柱(47)和内套筒(53)插入所述空腔中，使得外环形空间形成于所述内套筒(53)与所述外套筒(59)之间。
3.根据权利要求1所述的张紧器，其特征在于: 所述下部部件包括缸转接器(81)，所述缸转接器(81)联接到所述缸组件(19)的一端并且具有与所述缸组件相反地从所述缸转接器(81)延伸的两个支柱(87)； 所述中间部件包括定位在所述缸转接器(81)的支柱(87)之间的内枢轴(83)，所述第一销(91)穿过所述支柱(87)的上端和所述内枢轴(83)的上端；并且 所述上部部件包括转接器闭锁组件(85)，所述转接器闭锁组件(85)具有从基座部件(103)延伸的两个叉状物(101)和与所述叉状物(101)相反地从所述基座部件(85)延伸的突出部(105)，所述第二销(109)穿过所述叉状物(101)的与所述基座部件(103)相反的端部和所述内枢轴(83)的下部。
4.根据权利要求3所述的张紧器，其特征在于，所述缸转接器(81)还包括: 圆形板，所述支柱(87)与所述缸组件相反地从所述板的周边部分延伸；并且 所述支柱(87)具有构造成接纳所述第一销(91)的一部分的成形端部(89)。
5.根据权利要求3所述的张紧器，其特征在于，所述内枢轴(83)包括: 本体，其具有穿过上部的第一销孔(95)和穿过下部的第二销孔(99)，所述第一销孔(95)和所述第二销孔(99)彼此垂直；以及 邻近所述第二销孔(99)从所述本体的外表面延伸的支撑部件(113)，所述支撑部件(113)在平行于所述第二销孔(99)的轴线的平面中延伸，所述支撑部件(113)构造成接纳所述第二销(109)的一部分。
6.根据权利要求3所述的张紧器，其特征在于，所述转接器闭锁还包括叉状物(101)，所述叉状物(101)具有构造成接纳所述第二销(109)的一部分的成形开口(111)。
7.根据权利要求3所述的张紧器，其特征在于，还包括防旋转键(115)，所述防旋转键(115)构造成接合所述第一销(91)和所述第二销(109)中的至少一个，以防止所述第一销和所述第二销分别相对于所述支柱(87)和所述叉状物(101)的旋转。
8.一种向立管(13)施加张力的方法，所述立管(13)延伸穿过浮动离岸平台的甲板(17)，所述方法包括: (a)将具有多个液压气动缸组件(19)的张紧器组件(11)安装在所述甲板(15)与所述立管(13)之间； (b)在每个缸组件(19)的一端提供铰接联接器(37，41)，所述铰接联接器(37)具有安装至所述缸组件的端部的下部部件(43，81)、由第一销(69，91)枢轴联接到所述下部部件(43,81)的中间部件(53,83)以及由第二销(67，109)枢轴联接到所述中间部件(53,83)的上部部件(59，85)，所述第一销(69，91)和所述第二销(67，109)彼此间隔开且垂直； (c)响应于所述立管(13)与所述平台之间的相对运动，使所述缸组件(37)中的每一个绕所述第一销(69，91)和所述第二销(67，109)枢转。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括将所述上部部件(59，85)连接到所述立管(13)。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括为所述缸组件(19)中的每一个的各个端部提供铰接联 接器(37，41)。
全文摘要
本发明涉及具有多轴自由度的张紧器缸连接件，具体而言，具有两个轴向自由度的联接器将液压气动缸联接到安装至平台的立管张紧器的张紧环。支柱沿着缸的轴线延伸，并且中间套筒布置在支柱周围而形成支柱环形空间。外套筒被固定至张紧环并限定一空腔，支柱和中间套筒插入该空腔中，使得环形空间形成于该套筒与外套筒之间。外套筒联接到中间套筒，使得外套筒可相对于中间套筒在外套筒与中间套筒之间的联接器上枢转。中间套筒联接到支柱，使得中间套筒可相对于支柱在中间套筒与支柱之间的联接器上枢转。
文档编号E21B43/01GK103089201SQ201210442368
公开日2013年5月8日 申请日期2012年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者B.阿克塞尔, J.W.小帕利尼, S.M.王, P.J.波特, 林炽杰 申请人:韦特柯格雷公司