专利名称：超大型海洋浮式结构物模块间连接器及连接方法
技术领域：
本发明涉及一种浮式海洋结构物，特别涉及一种应用于半潜式超大型浮式结构物模块间的连接装置，还涉及模块间的连接方法，属于海洋工程技术领域。
背景技术：
近年来，国际海洋工程界非常重视超大型浮式海洋结构物的研究和开发。超大型式海洋结构物是指长宽度以公里计的浮式海洋结构物，该结构物由空港、海港以及可再生能源发电系统构成，用作海、空运输、海洋石油和深海采矿业的海上基地，它适应了我国深远海发展战略，对海洋的开发利用具有十分重要的意义。超大型浮式海洋结构物尺寸巨大， 用途各异，从制造、日常维护和使用的角度出发，浮式海洋结构物采用了模块化拼装结构， 而模块的拼装又需要在海上进行，因此，怎样快速安全的完成海上模块拼装成为超大型浮式海洋结构物研究的一个重点。在模块拼装这一问题的研究上，各国也进行了长期的研究探索，其中日本的焊接拼装和美国的柔性连接器拼装最为成熟。焊接虽然有强度、可靠性和已积累的丰富经验等优势，但海上环境复杂，现场多变的工作条件和模块的不定运动都给焊接带来了很大的困难，而且焊接约束缺少灵活性，长时间的工作，模块间的相对运动都可能导致过大的内部约束力、变形和制造精度的下降。而发现焊接的这些劣势以后，人们逐渐把目光转向了机械连接器，它的易操作性使它成为焊接连接较好的替代方法之一。现有的超大型浮式海洋结构物模块连接装置无推进动力装置，采用撞击式对接时撞击的冲击力容易损坏模块及模块定位装置；该装置采用楔形装置锁紧，拆除模块间的连接时非常困难，且楔形装置只能一次性使用，加大了使用成本。发明内容
本发明的目的是提供一种结构合理、操作方便的应用于半潜式超大型浮式海洋结构物模块间的连接器，还提供了实现模块的成功快速连接的方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是一种超大型海洋浮式结构物模块间连接器，包括至少两对成组设置的正极体和负极体，所述正极体和负极体分别嵌装在被连接的两个海洋浮式结构物模块的上体横向对应两端内；正极体包括正极外壳和正极中轴，所述正极外壳设有正极轴向中心通孔，正极中轴嵌装在正极轴向中心通孔中；所述正极中轴包括两端的第一回转体、第二回转体以及连接第一回转体和第二回转体的中轴杆，第一推力油缸设置在远离正极体对接端的第二回转体后侧，正极轴向中心通孔包括小端孔道以及从小端孔道径向延伸出的大端孔道，所述大端孔道分别包括两端的第一漏斗状缩口和第二漏斗状缩口，第一漏斗状缩口位于正极体对接端内，第二漏斗状缩口位于大端孔道和小端孔道的连接处，第一回转体位于第一漏斗状缩口内，中轴杆与小端孔道间隙配合；所述负极体设有负极轴向中心通孔，负极体对接端的负极轴向中心通孔径向延伸成锥形面的喇叭口，所述喇叭口上设有导向复合弹性层，喇叭口后端设有外口小里口大的负极卡簧，第二推力油缸设置在负极轴向中心通孔远离负极体对接端的一端上。
本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。
前述的超大型海洋浮式结构物模块间连接器，其中所述第一回转体和第二回转体分别为钢结构的第一空心椭球体和第二空心椭球体，所述第一空心椭球体长轴或第二空心椭球体长轴垂直于正极中轴轴线，第一空心椭球体和第二空心椭球体内均设有加强筋板。
前述的超大型海洋浮式结构物模块间连接器，其中所述中轴杆由外套筒和内套筒构成的双层套筒体，所述双层套筒体体之间设有数块径向连接筋板；中轴杆两端与空心椭球体连接端分别通过锥台形过渡体与相应的空心椭球体连接。
前述的超大型海洋浮式结构物模块间连接器，其中所述导向复合弹性层包括内层的弹性层和外层的钢板导向层。
前述的超大型海洋浮式结构物模块间连接器，其中所述负极卡簧包括多根曲线形卡簧体，所述曲线形卡簧体成伞骨状均匀设置在负极体对接端喇叭口的后侧。
前述的超大型海洋浮式结构物模块间连接器，其中第一连接传感器设置在正极轴向中心通孔的第二漏斗状缩口的锥形面上，第二连接传感器设置在卡簧后端的负极轴向中心通孔内。
前述的超大型海洋浮式结构物模块间连接器，其中所述第一推力油缸和第二推力油缸均为柱塞油缸；所述第一连接传感器和第二连接传感器均为位移传感器。
一种超大型海洋浮式结构物模块间连接器的连接方法，包括以下步骤1)将正极体和负极体分别安装在被连接的两个海洋浮式结构物模块的上体横向对应两端内，每一端对称安装对应的两件正极体或负极体；先调整安装在上体的各种辅助定位装置完成垂向定位，再开动海洋浮式结构物模块下的横向推进器将两个海洋浮式结构物模块的横向位置调节至一定范围后，完成两个海洋浮式结构物模块对接前的定位；2)正极体的第一推力油缸进油，其柱塞外移直至抵靠在第二空心椭球体上，推动正极中轴外移，随着正极中轴的外移，第一空心椭球体逐渐远离第一连接传感器，第一连接传感器发讯给控制器，第二空心椭球体逐渐接近第一连接传感器，第二空心椭球体到达第一连接传感器设定的距离时，第一连接传感器发讯给控制器，控制器发讯，第一推力油缸停止进油，其柱塞停止移动，正极中轴停止移动，此时，第二空心椭球体停止在小端孔道和第二漏斗状缩口的连接处；与此同时，第一空心椭球体已伸出正极体进入负极体；3)与步骤2)动作的同时，负极体内的第二连接传感器检测到第一空心椭球体已接近负极卡簧，第一空心椭球体继续向前移动，直到撞入负极卡簧内；负极卡簧先撑开后渐渐收紧，直至顺利卡住第一空心椭球体，第一空心椭球体到达第二连接传感器设定的距离时，第二连接传感器发讯给控制器，控制器发讯，第一推力油缸停止进油，其柱塞停止移动，完成两个海洋浮式结构物模块的对接。
使用本发明的超大型海洋浮式结构物是由各个独立的模块彼此连接而成，当一个模块失效时，只限于这一个模块，而焊接拼装的模块间的连接的焊缝失效时，其裂缝会延伸影响其他模块。本发明的连接器便于模块间的连接、拆卸和再次连接，连接器结构简单便于维修，节约了建造施工的成本。本发明的连接器和连接方法采用液压油缸推动正极轴的平稳外移或缩回来实现两个模块间的连接或拆除，可靠性高；两个模块间不会发生碰撞，避免损坏模块及模块定位装置。
本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释， 这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。
图1为两个超大型海洋浮式结构物对接的示意图；图2为两个超大型海洋浮式结构物未连接时本发明的结构示意图；图3为两个超大型海洋浮式结构物连接后本发明的结构示意图；图4为图2的I部放大图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示的超大型海洋浮式结构物实施例由五个相同模块采用本发明首尾相连组成，每个单模块分上体I、每个上体I舷侧各有数个支柱2和下体3。本实施例的上体 I 尺寸为 300m*125m*17. 5m，立柱 2 尺寸为 27. 5m* Φ 25m，下体 3 尺寸为 275m*34. 5m*12. 5m, 五个相同模块采用本发明的连接器4连接后的长度达1500m以上，图1中只表示了两个相同模块的连接。
如图2和图3所示，本发明包括至少两对成组设置的正极体41和负极体42，正极体41和负极体42分别嵌装在被连接的两个海洋浮式结构物模块的上体I横向对应两端内；在上体I的横向端面的两端各设置了一套本发明。正极体41包括正极外壳411和正极中轴412，正极外壳411设有正极轴向中心通孔413，正极中轴412嵌装在正极轴向中心通孔413中。正极中轴412包括两端的第一回转体、第二回转体以及连接第一回转体和第二回转体的中轴杆412-1，本实施例的第一回转体和第二回转体分别为钢结构的第一空心椭球体412-2和第二空心椭球体412-3，第一空心椭球体412-2长轴或第二空心椭球体412-3长轴垂直于正极中轴412轴线，第一空心椭球体412-2和第二空心椭球体412-3内均设有加强筋板412-4，以提高空心椭球体的强度。
第一推力油缸5设置在远离正极体对接端的第二空心椭球体412-3后侧，正极轴向中心通孔413包括小端孔道413-1以及从小端孔道413-1径向延伸出的大端孔道413-2， 大端孔道413-2分别包括两端的第一漏斗状缩口 413-3和第二漏斗状缩口 413-4，第一漏斗状缩口 413-3位于正极体41对接端内，第二漏斗状缩口 413-4位于大端孔道413-2和小端孔道413-1的连接处，第一空心椭球体412-2位于第一漏斗状缩口 413-3内，中轴杆417与小端孔道413-1间隙配合。中轴杆412-1由外套筒412-la和内套筒412-lb构成的双层套筒体，双层套筒体体之间设有数块径向连接筋板412-lc，中轴杆412-1两端与空心椭球体连接端分别通过锥台形过渡体412-d与相应的空心椭球体连接。
负极体42设有负极轴向中心通孔421，负极体42对接端的负极轴向中心通孔421 径向延伸成锥形面的喇叭口 422，为了便于第一空心椭球体412-2进入或退出负极体42，减少连接时的冲击，喇叭口 422上设有导向复合弹性层423。喇叭口 422后端设有外口小里口大的负极卡簧424，第二推力油缸6设置在负极轴向中心通孔421远离负极体42对接端的一端上，用于推动正极中轴412脱开被连接的模块的上体I。第一推力油缸5和第二推力油缸6均为柱塞油缸，降低了液压油缸的制造成本。
如图4所示导向复合弹性层423包括内层的弹性层423-1和外层的钢板导向层 423-2，弹性层423-1起到对第一空心椭球体412-2进入负极体42的喇叭口 422的缓冲作用，钢板导向层425起到对第一空心椭球体412-2移动到位的导向作用。
负极卡簧424包括多根曲线形卡簧体，所述曲线形卡簧体成伞骨状均匀设置在负极体42对接端喇叭口 422的后侧，负极卡簧424能牢固地抱住正极中轴412的第一空心椭球体412-2，确保两个模块连接可靠。
第一连接传感器7设置在正极轴向中心通孔413的第二漏斗状缩口 413-4的锥形面上，第二连接传感器8设置在负极卡簧424后端的负极轴向中心通孔421内；第一连接传感器7和第二连接传感器8均为位移传感器。第一连接传感器7用于检测和控制正极中轴 412移动的位置，第二连接传感器8用于检测和控制第一空心椭球体412-2进入负极卡簧 424内的位置，两者均起到控制正极中轴412的移动距离，起到双保险的作用。
本发明用于两块模块连接的方法，包括以下步骤I)将正极体41和负极体42分别安装在被连接的两个海洋浮式结构物模块的上体I横向对应两端内，每一端对称安装对应的两件正极体41或负极体42 ;调整安装在上体的各种辅助定位装置先完成垂向定位，再开动横向推进器将两个海洋浮式结构物模块的横向位置调节至一定范围后，完成两个海洋浮式结构物模块对接前的定位。
2)正极体41的第一推力油缸5进油，其柱塞外移直至抵靠在第二空心椭球体412-3上推动正极中轴412外移，随着正极中轴412的外移，第一空心椭球体412-2逐渐远离第一连接传感器7，第一连接传感器7发讯给控制器，第二空心椭球体412-3逐渐接近第一连接传感器7，第二空心椭球体412-3到达第一连接传感器7设定的距离时，第一连接传感器7发讯给控制器，控制器发讯，第一推力油缸5停止进油，其柱塞停止移动，正极中轴412停止移动，此时，第二空心椭球体412-3停止在小端孔道413-1和第二漏斗状缩口413-4的连接处；与此同时，第一空心椭球体412-2已伸出正极体41进入负极体42。
3)与步骤2)动作的同时，负极体42内的第二连接传感器8检测到第一空心椭球体 412-2已接近负极卡簧424，第一空心椭球体412-2继续向前移动，直到撞入负极卡簧424 内；负极卡簧424先撑开后渐渐收紧，直至顺利卡住第一空心椭球体412-2，第一空心椭球体412-2到达第二连接传感器8设定的距离时，第二连接传感器8发讯给控制器，控制器发讯，第一推力油缸5停止进油，其柱塞停止移动，完成两个海洋浮式结构物模块的对接。
两块模块脱开的过程与前述过程相反，此时，第二推力油缸6柱塞外移，通过第一空心椭球体412-2推动正极中轴412反向移动，第一空心椭球体412-2脱开负极卡簧424 后反向移动脱离被连接的模块，直至其缩回到到正极体41内直至第一连接传感器7和第二连接传感器8发讯，第二推力油缸6柱塞停止移动，解除两个海洋浮式结构物模块的连接。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
权利要求
1.一种超大型海洋浮式结构物模块间连接器，其特征在于，包括至少两对成组设置的正极体和负极体，所述正极体和负极体分别嵌装在被连接的两个海洋浮式结构物模块的上体横向对应两端内；正极体包括正极外壳和正极中轴，所述正极外壳设有正极轴向中心通孔，正极中轴嵌装在正极轴向中心通孔中；所述正极中轴包括两端的第一回转体、第二回转体以及连接第一回转体和第二回转体的中轴杆，第一推力油缸设置在远离正极体对接端的第二回转体后侧，正极轴向中心通孔包括小端孔道以及从小端孔道径向延伸出的大端孔道，所述大端孔道分别包括两端的第一漏斗状缩口和第二漏斗状缩口，第一漏斗状缩口位于正极体对接端内，第二漏斗状缩口位于大端孔道和小端孔道的连接处，第一回转体位于第一漏斗状缩口内，中轴杆与小端孔道间隙配合；所述负极体设有负极轴向中心通孔，负极体对接端的负极轴向中心通孔径向延伸成锥形面的喇叭口，所述喇叭口上设有导向复合弹性层，喇叭口后端设有外口小里口大的负极卡簧，第二推力油缸设置在负极轴向中心通孔远离负极体对接端的一端上。
2.如权利要求I所述的超大型海洋浮式结构物模块间连接器，其特征在于，所述第一回转体和第二回转体分别为钢结构的第一空心椭球体和第二空心椭球体，所述第一空心椭球体长轴或第二空心椭球体长轴垂直于正极中轴轴线，第一空心椭球体和第二空心椭球体内均设有加强筋板。
3.如权利要求I所述的超大型海洋浮式结构物模块间连接器，其特征在于，所述中轴杆由外套筒和内套筒构成的双层套筒体，所述双层套筒体体之间设有数块径向连接筋板；中轴杆两端与空心椭球体连接端分别通过锥台形过渡体与相应的空心椭球体连接。
4.如权利要求I所述的超大型海洋浮式结构物模块间连接器，其特征在于，所述导向复合弹性层包括内层的弹性层和外层的钢板导向层。
5.如权利要求I所述的超大型海洋浮式结构物模块间连接器，其特征在于，所述负极卡簧包括多根曲线形卡簧体，所述曲线形卡簧体成伞骨状均匀设置在负极体对接端喇叭口的后侧。
6.如权利要求I或5所述的超大型海洋浮式结构物模块间连接器，其特征在于，第一连接传感器设置在正极轴向中心通孔的第二漏斗状缩口的锥形面上，第二连接传感器设置在负极卡簧后端的负极轴向中心通孔内。
7.如权利要求I所述的超大型海洋浮式结构物模块间连接器，其特征在于，所述第一推力油缸和第二推力油缸均为柱塞油缸。
8.如权利要求6所述的超大型海洋浮式结构物模块间连接器，其特征在于，所述第一连接传感器和第二连接传感器均为位移传感器。
9.一种使用权利要求I所述的超大型海洋浮式结构物模块间连接器的连接方法，其特征在于，包括以下步骤 1)将正极体和负极体分别安装在被连接的两个海洋浮式结构物模块的上体横向对应两端内，每一端对称安装对应的两件正极体或负极体；先调整安装在上体的各种辅助定位装置完成垂向定位，再开动海洋浮式结构物模块下的横向推进器，将两个海洋浮式结构物模块的横向位置调节至一定范围后，完成两个海洋浮式结构物模块对接前的定位； 2)正极体的第一推力油缸进油，其柱塞外移直至抵靠在第二空心椭球体上，推动正极中轴外移，随着正极中轴的外移，第一空心椭球体逐渐远离第一连接传感器，第一连接传感器发讯给控制器，第二空心椭球体逐渐接近第一连接传感器，第二空心椭球体到达第一连接传感器设定的距离时，第一连接传感器发讯给控制器，控制器发讯，第一推力油缸停止进油，其柱塞停止移动，正极中轴停止移动，此时，第二空心椭球体停止在小端孔道和第二漏斗状缩口的连接处；与此同时，第一空心椭球体已伸出正极体进入负极体； 3) 与步骤2)动作的同时，负极体内的第二连接传感器检测到第一空心椭球体已接近负极卡簧，第一空心椭球体继续向前移动，直到撞入负极卡簧内；负极卡簧先撑开后渐渐收紧，直至顺利卡住第一空心椭球体；第一空心椭球体到达第二连接传感器设定的距离时，第二连接传感器发讯给控制器，控制器发讯，第一推力油缸停止进油，其柱塞停止移动，完成两个海洋浮式结构物模块的对接。
全文摘要
本发明公开了一种超大型海洋浮式结构物模块间连接器及连接方法，连接器包括至少两对成组设置的正极体和负极体，正极体包括正极外壳和正极中轴，正极中轴嵌装在正极轴向中心通孔中；第一推力油缸设置在第二回转体后侧，第一回转体位于第一漏斗状缩口内，负极体对接端的负极轴向中心通孔径向延伸成喇叭口，喇叭口后端设有负极卡簧，第二推力油缸设置在负极轴向中心通孔远离负极体对接端的一端上。使用本发明的连接器方便模块间的连接、拆开和再次连接，便于维修，缩短了停工期，节约了建造施工的成本。本发明的连接方法采用推力油缸推动正极中轴外移或缩回，从而实现两个模块的连接或拆开，模块之间不会发生碰撞，避免损坏模块和模块定位装置。
文档编号F16B1/02GK102975822SQ20121049639
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月29日 优先权日2012年11月29日
发明者管义锋, 刘璐, 李岳洋, 王婷婷 申请人:江苏现代造船技术有限公司