将海上浮动结构联接预铺设系泊系统的快速连接器及方法

技术领域

本发明涉及一种用于将海上浮动结构联接到预铺设系泊系统的快速连接器。本发明属于海上浮动结构领域，更具体地，属于海上浮动风力涡轮机、波浪机和潮流涡轮机领域。

本发明还涉及一种通过使用快速连接器将海上浮动结构联接到预铺设系泊系统的方法。

背景技术

传统上，浮动海上平台(特别是浮动风力涡轮机平台)通过限制该浮动结构的位移和旋转的多条系泊缆连接到海床。即，提供风力涡轮机运行和保持位置所需的固定装置。此外，传统上，带有风力涡轮机的浮动平台由拖船拖曳并运输到完全组装好的安装地点。然而，系泊缆的安装和张紧需要使用多艘船舶，并且执行起来可能很复杂，需要使用专业团队、船舶和良好的天气条件。预计浮动风力涡轮机平台在其20-25年的寿命期间可能需要多次被拖至港口，以对涡轮机或平台本身进行维护。因此，非常需要一种安全快速地断开和重新连接平台的方法。

因此，本发明寻求提供一种用于将海上浮动平台连接到预铺设系泊系统和将海上浮动平台从预铺设系泊系统断开的设备，该设备使得这些操作快速、容易，并且不需要复杂的规划，例如多个专用船舶。

专利US 6,294,844描述了一种海上结构，其包括框架和多个风力涡轮机，该海上结构安装在连接到垂直轴的浮动平台上，以允许该结构随风向变化。该轴通过锚定系统保持静止。该轴与可旋转结构的框架的连接方式设计成在多个平面上对该轴进行支撑，以使风力涡轮机保持直立和稳定。

在一些其他设计中，浮动结构可围绕单个系泊点旋转，如专利EP3642479B1的情况所描述的系统。本发明还包括通过使用半潜式驳船相对于彼此移动下部和上部主体来将浮动平台与永久系泊结构分离的装置。此外，由锥体和反锥体对组成的定心装置引导连接-断开操作。

在过去的几十年中，在石油和天然气海上开采行业中开发了许多快速连接器，以方便船舶与半潜式浮标的连接和断开。该浮标通常锚定在海床上，并且具有多个立管和钻井设备，能够承受作用在船舶上的海浪和海流，因此即使没有动态定位系统，该浮标也可以保持在适当的位置。快速连接器通常位于任何类型的偏航系统下方的船舶中，该偏航系统允许船舶围绕浮标自由旋转，从而允许船舶与风向对准。

专利US5356321公开了一种用于生产船舶的可脱离系泊系统。该可脱离系泊系统包括具有偏航系统的转台，该转台具有顶部轴承和底部轴承以及在船下方行进的快速连接器。因此该可脱离系泊系统可以随风向变化并与风、水流或波浪方向对齐，并在发生猛烈风暴或出现浮冰时被驱动到港口。该快速连接器由多个轴承锁组成，通过液压缸驱动的夹头，该多个轴承锁被迫与浮标顶部界面上加工的环形空腔相干涉。

类似地，专利US5363789描述了一种可脱离系泊系统，其特征在于可旋转地联接到浮动结构的接收构件。系泊浮标和接收构件之间的结构连接使用环形致动构件来实现，该环形致动构件与周向布置的闩锁构件接合。所使用的定心装置仅允许接收构件和系泊浮标在某个旋转位置连接。

专利WO2007127531A2描述了一种允许船舶围绕水下浮标随风向改变方位的系泊方法。浮标的轴承组件具有联接到固定在浮标上的外环的内轮毂。附接到船舶的结构连接器布置成可释放地连接到该内毂。该连接器包括多个夹头段，该多个夹头段与内毂接合，以将内毂牢固地卡在连接器上。在接收内毂的过程中涉及的径向载荷通过径向衬套座在船和浮标之间传递，该径向衬套座由形成在浮标中的圆形凹部的周边限定。

专利EP1567727B1涉及一种使用机械导向在海上安装风力涡轮机、波浪机和潮汐流涡轮机的方法，该机械导向仅需要自推进驳船。该方法包括使用承窝(socket)和中间支撑部件，该承窝和中间支撑部件为待安装的结构的锥形端部部件提供内部引导表面。该结构最初通过附接到驳船上的夹具保持在倾斜位置。然后，使用引导线将该结构的端部部件引入安装插座中，通过调节可移除的对准装置降低该端部部件，直到实现安装表面的几何对准，并将该端部部件从夹具中释放出来。随后，使用注入灌浆来固定安装。

专利US6609734公开了一种用于连接压力容器的连接器，其特征在于环形构件平行于锁定段的运动而滑动。该环形构件中的一个(即致动环面)与内部活塞接合，并使其向下移动，从而将多个周向布置的锁定段摇动到压力容器表面上的轮毂上。

发明内容

本发明包括一种快速连接器，所述快速连接器配置成将海上浮动结构的上部主体联接到预铺设系泊系统的下部主体上。在一些实施例中，海上浮动结构可以是例如风向浮动海上风力涡轮机(floating offshore wind turbine(FOWT))平台，并且预铺设系泊系统可以是例如张力腿平台(TLP)类型，但是所述装置可以用于其他类型的浮动系统。海上浮动结构和预铺设系泊系统可沿纵向轴线对齐布置。快速连接器可配置成沿着纵向轴线将海上浮动结构联接(优选地，同轴连接)到预铺设系泊结构。所述纵向轴线可以是几何纵向轴线，而不对应于快速连接器的物理部件。

所述快速连接器包括：基座结构，所述基座结构配置成联接到海上浮动结构的上部主体；系泊接口，所述系泊接口配置成附接到预铺设系泊系统的下部主体；以及锁定机构，所述锁定机构由流体动力(液压或气动)致动，所述锁定机构配置成将基座结构与系泊接口联接和分离。

优选地，系泊接口成形为外部凹形构件(outer female member)，所述外部凹形构件设计成接收作为内部凸形构件的所述快速连接器的基座结构，并且在几何形状上与其匹配。然而，由本发明提供的技术解决方案也可适用于系泊接口配置为内凸构件并且基座结构配置为外凸构件的配置。快速连接器的基座结构可以附接到FOWT平台或其他类型的海上平台的浮动上部主体，目的是将所述基座结构固定到系泊系统上。基座结构和系泊接口配置成沿着纵向轴线彼此连接(例如，同轴连接)。在优选实施例中，处于运行位置的纵向轴线配置为垂直轴。

一旦快速连接器的基座结构被引导直到实现与系泊接口的连接，嵌入基座结构中的多个沿外围或周边(例如，周向)布置的锁定爪(即，锁定爪可以布置在距纵向轴线的径向距离处)与系泊接口的环形部分的凹槽表面对准。在优选实施例中，所述凹槽表面可以配置为系泊接口的环形部分的内凹槽表面(例如，凹槽表面可以配置为所述环形部分的内表面)。

多个液压或气动活塞可安装在基座结构上，并可操作地连接以在释放位置和锁定位置之间移动锁定爪。在释放位置处，锁定爪从系泊接口的凹槽表面退回(即，断开连接)，在锁定位置处，锁定爪与系泊接口的凹槽表面啮合(即，连接)。

在一个实施例中，每个锁定爪可以包括在锁定组件中，所述锁定组件被引导成垂直于或至少部分垂直于纵向轴线滑动。在本发明的上下文中，“部分垂直”必须被解释为代表运动的第一分量垂直于纵向轴线而运动的第二分量平行于纵向轴线的运动，其中，“主要(或大部分)垂直”被解释为部分垂直运动，其中运动主要是垂直的(即运动的平行分量小于垂直分量)。多个楔形件可以安装在基座结构上以平行移动(或部分平行或主要平行，其中“部分平行”和“主要平行”的描述是基于上面提供的“部分垂直”和“主要垂直”的描述)至纵向轴线，并且液压或气动活塞可操作地连接以降低和升高楔形件。每个楔形件可以具有楔形表面，所述楔形表面配置和布置成与锁定组件的倾斜表面相互作用，以在锁定位置和释放位置之间向外和向内移动锁定爪。

根据一些实施例，每个楔形件可以包括至少一个膨胀楔形表面和至少一个收缩楔形表面，其中每个锁定组件可以包括至少一个膨胀倾斜表面和至少一个收缩倾斜表面。所述至少一个膨胀楔形表面可以配置和布置成与锁定组件的至少一个膨胀倾斜表面相互作用，并且所述至少一个收缩楔形表面可以配置和布置成与至少一个收缩倾斜表面相互作用，以便向外和向内移动锁定爪。

在一些实施例中，每个楔形件可以配置为包括楔形主体和基板的部件。基板可以配置成从楔形主体横向突出，从而形成一个或两个侧翼。楔形主体可以相对于两个侧翼布置在中央位置，或者可以横向布置(如果只有一个侧翼)。膨胀楔形表面和收缩楔形表面可分别配置成基板的相对面，其中优选地，膨胀楔形表面平行于膨胀楔形表面。楔形主体还可以包括与膨胀楔形表面和收缩楔形表面成一角度布置的引导面，其中所述引导面可以配置成使得当楔形件滑入倾斜通道时，引导面压靠在基座结构的表面上，从而将压力从楔形件传递到锁定爪，以将锁定爪移向凹槽表面。

每个锁定组件的膨胀倾斜表面和收缩倾斜表面可以配置成形成倾斜通道，所述倾斜通道配置成接收相应楔形件的基板。膨胀倾斜表面和收缩倾斜表面可以相互平行布置。倾斜通道也被称为狭槽(尽管布置成连接相应的膨胀倾斜表面和收缩倾斜表面的侧表面是可选的)。倾斜通道在收缩倾斜表面上可以是敞开的(即，它不是封闭的，而是具有开口)，从而当基板在倾斜通道内滑动时允许楔形主体运动，并且当基板在倾斜通道内滑动时限制楔形主体的横向位移(即，在横向于基板在倾斜通道内的滑动方向的方向上)。

根据一些实施例，中间致动器可以包括一个或多个中间弹性元件。所述一个或多个中间弹性元件可以至少部分地容纳在相应锁定爪的相应空腔中。中间致动器可以包括锁定组件的一个或多个膨胀倾斜表面中的至少一个，其中，所述至少一个膨胀倾斜表面可以配置为突出的膨胀倾斜表面。所述至少一个突出的膨胀倾斜表面可以配置成从所述空腔突出，以与楔形件的至少一个膨胀楔形表面接触。因此，所述至少一个突出的膨胀楔形表面可以配置成突出到倾斜通道中，使得当楔形件(或楔形件的基板)插入倾斜通道中时，楔形件的膨胀楔形表面与所述突出的膨胀倾斜表面接触，从而将相应的锁定爪推向相应的凹槽表面。

中间致动器可以相对于垂直于纵向轴线的方向成一倾斜角度布置。所述倾斜角度可以配置成使得当中间致动器接收来自相应楔形件的压力时，根据楔形件的运动，中间致动器在垂直于纵向轴线的方向上传递力的主要部分(即，大于力的50％)，并且在平行于纵向轴线的方向上传递力的次要部分(即，小于力的50％)。倾斜角度是可选特征，其确保锁定爪在锁定位置与相应的凹槽表面接合，并同时提供横向力(即平行于纵向轴线)，从而在基座结构和系泊接口之间的连接中产生预张紧力。此外，所述横向力有助于将锁定爪的锁定肋与凹槽表面连接起来。当锁定肋配置成齿形图案时，这最后一种效果尤其重要，并且当所述齿形图案的角度朝向与基座结构和系泊接口沿着纵向轴线的连接方向相反的方向倾斜时，这种效果更为重要。倾斜角度可以在5度至25度的范围内，优选为10度至20度，更优选为15度至18度。在其他实施例中，中间致动器可以垂直于纵向轴线布置。

中间致动器的所述突出的膨胀倾斜表面可以布置在所述至少一个中间弹性元件上。可选地，中间致动器还可以包括连接到所述至少一个中间弹性元件的端部的推动元件，使得中间致动器的所述突出的膨胀倾斜表面布置在推动元件上。在优选实施例中，推动元件可以配置成具有比所述至少一个中间弹性元件更宽的横截面积。容纳中间致动器的相应锁定爪的空腔包括围绕空腔的侧壁。优选地，所述侧壁的至少一部分可配置成提供与推动元件的滑动接触，并与中间弹性元件保持分离。这可以通过提供直壁尺寸以接收推动元件的较宽横截面来实现。因此，在中间弹性元件和侧壁上配置为与推动元件滑动接触的部分之间产生了空间，使得所述空腔、所述空腔的侧壁和中间弹性元件之间的摩擦显著减小。

为了确保对准，所述多个楔形件可以例如沿外围或周边(例如，圆周地)布置在可选的致动器环上，所述致动器环通过所述多个液压或气动活塞下降和上升，所述多个液压或气动活塞可以具有连接到布置在基座结构顶部的可选夹头的第一端和连接到致动器环的第二端。在根据一些实施例的联接操作中，致动器环可以通过所述液压或气动活塞下降，并且每个楔形件可以通过与中间致动器的相互作用将相应的多个锁定爪之一推出到锁定位置，所述中间致动器包括锁定组件的一个或多个中间弹性元件(例如橡胶支座)。

在锁定位置，每个爪配置成压靠在系泊接口的凹槽表面上，并通过与环形空腔的凹槽对齐而锁定就位。中间弹性元件位于每个锁定爪的后面，用于确保锁定爪以已知的力压靠在凹槽上，所述已知的力来自中间弹性元件的已知刚度，一旦连接器被接合，所述中间弹性元件保持预加载。这使得所述装置中的锁定力几乎不受制造公差或磨损的影响，否则可能会导致每个单独的爪施加的力出现非常大且难以估计的变化。

分离操作与上述联接操作完全相同，但方向相反。在分离操作中，所述液压或气动活塞被致动以提升致动器环，从而楔形件将锁定爪拉入，并且中间弹性元件上的预载荷被释放，因此锁定爪被移动到释放位置并从系泊接口的凹槽表面退回。然后，快速连接器的基座结构可以从连接到系泊系统的系泊接口中取出，从而海上浮动结构与预铺设系泊系统分离。

在一个替代实施例中，楔形件可以配置和布置成使得当致动器环上升时，楔形件将锁定爪推出到锁定位置，并且当致动器环下降时，楔形件将锁定爪拉入到释放位置。

在另一替代实施例中，锁定爪可以相对于基座结构被引导成垂直于(或至少部分垂直或主要垂直于)纵向轴线滑动，并且中间弹性元件被置于每个锁定爪和基座结构之间。在该实施例中，中间弹性元件可流体动力地膨胀和收缩，并且流体动力装置包括加压流体源、阀装置和流体导管。每个中间弹性元件具有内腔，所述内腔通过流体导管和阀装置与加压流体源流体连通。

采用这种结构，当流体动力装置将加压流体注入中间弹性元件的内腔时，中间弹性元件膨胀并使相应的锁定爪向外移动到锁定位置。相反，当流体动力装置将加压流体从中间弹性元件的内腔抽出时，中间弹性元件缩回，从而使相应的锁定爪向内移动到释放位置。

本发明设想了另一替代实施例，其中，快速连接器的基座结构可以成形为外部凹形构件，并且系泊接口成形为内部凸形构件，使得基座结构配置成在其中接收系泊接口并在几何形状上与系泊接口匹配。通常，这些几何形状可以是圆锥形、球形或它们的组合。

附图说明

下面参照附图描述快速连接器的优选实施例，其中：

图1是根据本发明实施例的将海上浮动结构联接到预铺设系泊系统的快速连接器的示意侧视图；

图2是根据本发明实施例的快速连接器的分解等距视图；

图3是沿垂直中间平面截取的快速连接器的剖视图，示出了处于释放位置的流体动力致动锁定机构的锁定爪；

图4是沿垂直中间平面截取的快速连接器的剖视图，其中，锁定爪处于锁定位置；

图5是沿水平面截取的快速连接器的剖视图，示出了锁定爪的圆周布置；

图6是将海上浮动结构联接到预铺设系泊系统的快速连接器以及偏航系统的示意侧视图；

图7是根据本发明一些实施例的流体动力致动锁定机构的楔形件的等距视图；

图8是包括锁定爪和中间致动器的锁定组件的等距视图；

图9是楔形件与锁定组件相互作用的等距视图；

图10是与图8所示实施例兼容的锁定组件沿垂直中间平面截取的剖视图，所述锁定组件包括锁定爪和中间致动器，所述中间致动器包括中间弹性元件；

图11是根据另一实施例的沿垂直中间平面截取的锁定组件的剖视图，所述锁定组件与图8所示的解决方案兼容，所述锁定组件包括锁定爪和中间致动器，所述中间致动器包括推动元件和中间弹性元件；

图12是根据另一实施例的锁定组件的等轴视图，所述锁定组件包括锁定爪、内部支撑件和中间致动器，所述中间致动器包括中间弹性元件；

图13是沿垂直中间平面截取的图12的锁定组件的剖视图；

图14是根据另一实施例的沿垂直中间平面截取的流体动力致动锁定机构和锁定组件的剖视图，所述锁定组件包括锁定爪和可延伸且可收缩的中间弹性元件，并且示出了处于释放位置的锁定爪；和

图15是类似于图14的剖视图，但示出了处于锁定位置的锁定爪。

具体实施方式

首先参考图1，附图标记5表示根据本发明实施例的用于将海上浮动结构31联接到预铺设系泊系统32的快速连接器。

在所示的实施例中，海上浮动结构31配置为支撑浮动海上风力涡轮机33的随风向变化的结构，并且该随风向变化的结构包括相对于平均水位35部分浸没的上部主体2，预铺设系泊系统32配置为张力腿平台类型，该张力腿平台类型包括通过多个系泊缆4连接到海床34的浸没式浮动下部主体3。然而，应当注意的是，浮动结构31和预铺设系泊系统32的特定配置仅是说明性的而非限制性的，因为浮动结构31和预铺设系泊系统32的其他配置与图1的快速连接器5兼容。

参照图2至图6，快速连接器5包括基座结构6，该基座结构6配置成联接到海上浮动结构31的上部主体2上。在与图2的实施例兼容的实施例中，基座结构可以通过偏航构件37与附接到预铺设系泊系统的下部主体3的系泊接口13联接(优选地，可旋转地联接)。快速连接器5还包括锁定机构，该锁定机构由流体动力驱动以将基座结构6与系泊接口13联接和分离，从而海上浮动结构31可以快速地与预铺设系泊系统32联接和分离。例如，锁定机构是液压或气动驱动的。

基座结构6设计成具有纵向轴线50的内部凸形构件，该纵向轴线50与海上浮动结构31可围绕其随风摆动的轴线对齐，并且系泊接口13配置成外部凹形构件，该外部凹形构件配置成以合适的方式将基座结构6接收在其中。然而，在本发明的一些实施例中，这种解决方案可以适于与配置为外部凹形构件的基座结构6一起使用，该外部凹形构件配置为以合适的方式接收配置为内部凸形构件的系泊接口13。

如图6中更好地示出的，基座结构6联接到可选的偏航构件37上，该偏航构件37通过与纵向轴线50同轴的轴承23可旋转地联接到海上浮动结构的上部本体2的贯通通道42上。偏航构件37、基座结构6和系泊接口13具有中空内部，并且预铺设系泊系统的下部主体3具有与纵向轴线50对齐的贯通通道43。传导由浮动海上风力涡轮机33产生的电力的电导线44(如图1所示)穿过下部主体3的通道43并穿过偏航构件37的中空内部、基座结构6和系泊接口13而安装。

如图3和图4所示，可选的夹头7布置在基座结构6的顶部上，并通过螺钉45连接到基座结构6的顶部。偏航构件37具有同轴地布置在基座结构6的圆柱形部分内的圆柱形部分，并且弹性联接元件14、15布置在偏航构件37和基座结构6之间，以及布置在偏航构件37和夹头7之间。弹性联接元件14、15包括上部弹性联接元件14和下部弹性联接元件15。上部弹性联接元件14位于偏航构件37的上部外锥形表面24和夹头7的上部内锥形表面25之间。下部弹性联接元件15位于偏航构件37的下部外锥形表面26和基座结构6的下部内锥形表面27之间。上部外锥形表面24、上部内锥形表面25和下部外锥形表面26、下部内锥形表面27与基座结构6的纵向轴线50同轴，并且具有相反的锥角或球角。

可选地，可以设置上部外球形表面和上部内球形表面以及下部外球形表面和下部内球形表面来代替上部外锥形表面24、上部内锥形表面25和下部外锥形表面26、下部内锥形表面27。

锁定机构包括多个锁定组件36，该多个锁定组件36可移动地安装在基座结构6上，并围绕纵向轴线50径向布置和分布。每个锁定组件36被引导成垂直于纵向轴线50滑动(尽管在一些兼容的实施例中，该滑动可以至少部分垂直于纵向轴线50)，并且包括锁定爪10，该锁定爪10具有面向外的多个锁定肋10a，其中，锁定肋10a优选地配置成水平锁定肋10a。系泊接口13具有环形部分，该环形部分的尺寸适于在其中接收安装锁定组件36的基座结构6的区域，并且具有周向凹槽的凹槽表面16形成在系泊接口13的环形部分的内表面上。

基座结构6和系泊接口13配置成使得一旦联接在一起，锁定组件36则布置在设定高度，在该设定高度处，锁定爪10的锁定肋10a面向形成在系泊接口13中的凹槽表面16的周向凹槽。

锁定机构还包括多个楔形件18和多个液压活塞8，该多个楔形件18附接到致动器环9上，该致动器环9围绕基座结构6布置并被引导成平行于(或至少部分平行于)纵向轴线50移动，该多个液压活塞8安装在基座结构6上并可操作地连接以降低和升高致动器环9以及附接到其上的楔形件18。在所示实施例中，每个液压活塞8具有连接到夹头7的第一端8a和连接到致动器环9的第二端8b。

替代地，每个楔形件18的第一端8a可以连接到基座结构6的任何其他元件，和/或每个楔形件18的第二端8b可以直接连接到多个楔形件18中的一个，并且致动器环9可以省略。

总之，液压活塞8可操作地连接以降低和升高楔形件18，并且每个楔形件18具有楔形表面38、39，楔形表面38、39配置和布置成与多个锁定组件36之一的倾斜表面17、21、22、28、30、48相互作用，以便在释放位置(图3所示)和锁定位置(图4所示)之间向外和向内移动包括在锁定组件36中的锁定爪10。在释放位置处，锁定爪10从系泊接口13的凹槽表面16退出，在锁定位置处，锁定爪10与系泊接口13的凹槽表面16啮合。

包括中间弹性元件11的中间致动器置于每个楔形件18和相应锁定组件36的锁定爪10之间。中间弹性元件11可以选择成具有适合于确保锁定爪10以已知的力压靠在凹槽表面16上的给定刚度。

为了附图清晰起见，图7示出了根据本发明的几个实施例的楔形件18中的一个的独立视图。楔形件18具有面向外的膨胀楔形表面38和面向内的收缩楔形表面39。膨胀楔形表面38和收缩楔形表面39相互平行。可选的凸耳41设置在楔形件18的顶部，用于连接到相应液压活塞8的第二端8b，并且垂直引导表面40形成在楔形件18的内侧。

图7示出了配置为包括楔形主体和基板的部件的楔形件。基板配置成从楔形主体横向突出，从而形成两个侧翼。膨胀楔形表面38和收缩楔形表面39形成在基板上(即，它们是基板的整体部分)，并优选地相互平行。在优选实施例中，楔形件配置为包括楔形主体和基板的整体部件。图7的基板显示为包括两个侧翼，使得楔形主体相对于两个侧翼居中布置。然而，根据其他实施例，基板可以包括单个侧翼，使得楔形主体可以相对于该单个侧翼横向布置。

图8和图10示出了锁定组件36中的一个，其包括锁定爪10和包括有中间弹性元件11的中间致动器。实际上，在该特定配置中，中间致动器仅包括中间弹性元件11(尽管中间致动器可以包括一个或多个中间弹性元件11)，使得中间致动器配置为中间弹性元件11。锁定组件36包括在外侧具有水平锁定肋10a的锁定爪10、膨胀倾斜表面17、48和靠近内侧的收缩倾斜表面28。膨胀倾斜表面17、48和收缩倾斜表面配置成在内侧附近形成倾斜通道。倾斜通道配置成接收楔形件18的膨胀楔形表面38和收缩楔形表面39(优选地当这些表面38、39形成在基板上时)。倾斜通道可以配置成狭槽。在锁定爪10中形成开口于倾斜通道外侧的空腔，并且在倾斜通道的内侧形成收缩倾斜表面28。该空腔形成在锁定爪10中，使得可从倾斜通道进入该空腔。倾斜通道在空腔的前面向内敞开，以使当楔形件的基板在倾斜通道内滑动时允许楔形主体移动。包括中间弹性元件11的中间致动器容纳在空腔中，并且具有突出到倾斜通道中的膨胀倾斜表面17。因此，应当注意的是，膨胀倾斜表面17中的至少一个可以配置为形成在中间致动器中的膨胀倾斜表面(或突出的膨胀倾斜表面17)。特别地，该突出的膨胀倾斜表面17可以配置成突出到倾斜通道中，使得当楔形件18插入倾斜通道中时，楔形件18的膨胀楔形表面38与该突出的膨胀倾斜表面7接触。

膨胀倾斜表面17和收缩倾斜表面28优选地相互平行，并且平行于楔形件18的膨胀楔形表面38和收缩楔形表面39。此外，锁定组件36示出为包括可选的膨胀倾斜表面48(也称为第二膨胀倾斜表面)，该第二膨胀倾斜表面48配置成使得当膨胀楔形表面38与该突出的膨胀倾斜表面17相互作用而使得中间弹性元件11接收预定压力时，第二膨胀倾斜表面48与膨胀楔形表面38接触，第二膨胀倾斜表面48优选位于锁定爪10上。第二膨胀倾斜表面48可以配置成布置成至少部分围绕该突出的膨胀倾斜表面17的表面。在一些实施例中，该预定压力可以选择为大于标准操作条件下的快速连接器的操作压力的范围。因此，在这种情况下，锁定组件36可配置成使得仅当产生异常压力时(例如，由于非标准操作，例如在故障情况下)，或者当中间致动器(例如，中间弹性元件11)损坏时，第二倾斜表面48和膨胀楔形表面38之间才会发生接触。在这些情况下，膨胀楔形表面38与第二倾斜表面48的接触在更大的表面面积上提供了力的分布，从而降低了应力集中。

应当注意的是，图8中所示的收缩倾斜表面28可以解释为包括布置在同一个平面上的两个表面，其中，这些表面中的每一个都布置在倾斜表面的相应侧。同样的情况也适用于图7所示的收缩楔形表面39，其中，该表面可以解释为包括两个独立的表面。因此，在兼容的实施例中，楔形件18可包括一个或多个膨胀楔形表面38和一个或多个收缩倾斜表面39，并且锁定组件36可包括一个或多个膨胀倾斜表面17、21、22、48和一个或多个收缩倾斜表面28、30。

图9示出了插入锁定组件36中的楔形件18，该锁定组件36与图7、图8、图10和图11中示出的任何实施例兼容。图9示出了插入锁定爪10的倾斜通道中的楔形件18。楔形件18的膨胀楔形表面38配置和布置成与一个或多个膨胀倾斜表面17、21、48相互作用，并且楔形件18的收缩楔形表面39配置和布置成与锁定爪10的收缩倾斜表面28相互作用。

倾斜表面17、21、28和楔形表面38、39配置成使得当楔形件18被液压活塞8推动以执行朝向膨胀方向的竖直运动时(在该实施例中是向下运动)，楔形件18使得中间弹性元件11与锁定爪10一起向外运动到锁定位置，并且当楔形件18被液压活塞8推动以执行朝向收缩方向的竖直运动时(在该实施例中是向上运动)，楔形件18使得锁定爪10与中间弹性元件11一起向外运动到锁定位置。

图11示出了根据另一实施例的锁定组件36，该锁定组件36与上面参照图8和图10描述的锁定组件的不同之处仅在于中间致动器还包括在其内侧联接到中间弹性元件11的推动元件20，使得该突出的膨胀倾斜表面21现在包括在推动元件11中。因此，推动元件20具有伸入锁定爪10的倾斜通道中的膨胀倾斜表面21。在该实施例中，如上文参照图9所述，楔形件18与锁定组件36相互作用，不同之处在于，这里楔形件18的膨胀楔形表面38配置和布置成与推动元件20的膨胀倾斜表面21相互作用。

图11的实施例还示出了推动元件20配置成具有比中间弹性元件11更宽的横截面积，使得推动元件20配置成包围中间弹性元件11的第一端，并且其中，容纳中间致动器的相应锁定爪10的空腔包括侧壁，其中，该侧壁的至少一部分配置成提供与推动元件20的滑动接触，但不提供与至少一个中间弹性元件11的滑动接触(即，该壁的所述部分与弹性元件11间隔开)。这是实施例的可选特征。因此，在中间弹性元件和侧壁的配置为提供与推动元件滑动接触的部分之间产生空间，使得空腔、空腔的侧壁和中间弹性元件之间的摩擦显著减小。在图11的实施例中，中间弹性元件11配置有可选的横向肋，该横向肋为中间弹性元件提供额外的结构刚性，从而确保该元件的稳定线性压缩，即使在中间弹性元件11的与空腔的侧壁间隔开的那些区域上也是如此，因此在压缩中间弹性元件11的期间缺乏横向接触。

此外，图10和图11中所示的实施例示出了相对于垂直于纵向轴线50的方向以一倾斜角度布置的相应的中间致动器，该倾斜角度配置成使得当中间致动器接收来自相应楔形件18的压力时，根据楔形件18的运动(即与楔形件18对齐)，中间致动器在垂直于纵向轴线50的方向上传递力的主要部分(即大于力的50％)，并在平行于纵向轴线50的方向上传递力的次要部分(即小于力的50％)。倾斜角度是可选特征，其确保锁定爪10在锁定位置与相应的凹槽表面16接合，同时提供横向力(即平行于纵向轴线50)。该横向力在基座结构6和系泊接口之间的连接中提供预拉伸力，同时有助于将锁定爪10的锁定肋10a与凹槽表面16连接。当锁定肋10a配置成齿形图案时，这最后一个效果尤其重要，并且当所述齿形图案朝向与基座结构6和系泊接口13沿着纵向轴线50的连接方向相反的方向倾斜时，这一效果甚至更为重要。在其他实施例中，中间致动器可以垂直于纵向轴线布置。

应当注意的是，当附图标记17被附图标记21代替时、以及当附图标记11被附图标记20代替时，图8的实施例也代表图11所示的配置。因此，图8的该突出的膨胀倾斜表面17可被解释代表为图11的该突出的膨胀倾斜表面21，而图8中所示的中间弹性元件11可被解释为代表图11的推动元件20(在该视图中，中间弹性元件在推动元件20后面，因此不可见)。

图12和图13示出了根据另一实施例的锁定组件36，其包括锁定爪10、具有中间弹性元件11的中间致动器和内部支撑件12，其中，锁定爪10在其内侧连接到内部支撑件12，并且具有中间弹性元件11的中间致动器放置于锁定爪10和内部支撑件12之间。在该实施例中，该至少一个膨胀倾斜表面22和该至少一个收缩倾斜表面30布置在内部支撑件上，以在该内部支撑件的内侧附近形成倾斜通道。该倾斜通道相对于基座结构6向内开口(与图8的实施例所公开的方式相同)，并限定了膨胀倾斜表面22和收缩倾斜表面30。

图12和图13的锁定组件36配置成与图7的楔形件18相互作用。膨胀倾斜表面22和收缩倾斜表面30相互平行，并且平行于楔形件18的膨胀楔形表面38和收缩楔形表面39。楔形件18的膨胀楔形表面38配置和布置成与内部支撑件12的膨胀倾斜表面22相互作用，以便使锁定组件36向外运动到锁定位置，并且楔形件18的收缩楔形表面39配置和布置成与内部支撑件的收缩倾斜表面30相互作用，以便使锁定组件36向内运动到释放位置。

图14和图15示出了根据另一实施例的流体动力致动锁定机构和锁定组件36。每个锁定组件36相对于基座结构6被引导成垂直于或至少部分垂直于纵向轴线50滑动，并且包括锁定爪10和中间弹性元件11。在该实施例中，中间弹性元件11放置在每个锁定爪10和基座结构6之间。每个中间弹性元件11通过流体动力装置的致动可流体动力地膨胀和收缩。

更具体地，如图14和图15所示，中间弹性元件11具有内腔19，并且流体动力装置包括加压流体源29、阀装置47和流体导管46。中间弹性元件11的内腔19通过流体导管46和阀装置47与加压流体源29流体连通。

在图14所示的情况下，阀装置47设置成允许加压流体通过流体导管46从中间弹性元件11的内腔19排出(如箭头所示)，从而中间弹性元件11收缩并将锁定爪10向内拉至释放位置。

在图15所示的情况下，阀装置47设置成允许来自加压流体源29的加压流体通过流体导管46注射到中间弹性元件11的内腔19中(如箭头所示)，从而中间弹性元件11膨胀并将锁定爪10向外推到锁定位置。

总之，在图2至图13所示的本发明的一个实施例中，将海上浮动结构联接到预铺设系泊系统的快速连接器5包括基座结构6和气缸，基座结构6优选配置成锥体以固定周向布置的锁定组件36，该气缸配置成将锁定机构保持在设定高度。夹头7优选位于基座结构6的缸体顶部，并附接到流体动力装置的液压活塞8上，该液压活塞8将夹头7连接到致动器环9上，该致动器环9位于基座结构6的缸体外部。弹性联接元件14用作基座结构6的气缸内壁与夹头7和偏航构件37之间的中间元件，偏航构件37设计成插入快速连接器的基座结构6中。弹性联接元件14的主要目的是允许偏航构件37和系泊接口13之间有限的相对运动和旋转，以抵抗所有其他载荷分量。它还可以改善结构的自对准，并保护其免受安装过程中可能发生的冲击。

锁定组件36位于基座结构6的锥体内，并且每个锁定组件36由若干个部件组成，例如：在一个实施例中，该若干个部件为锁定爪10和中间弹性元件11；在另一实施例中，该若干个部件为锁定爪10、中间弹性元件11和推动元件20；在又一实施例中，该若干个部件为锁定爪10、中间弹性元件11和内部支撑件12。由于两个或三个部件如参照图8-图13所描述的那样在几何形状上配合在一起，所以它们总是紧密地固定在一起。

致动器环9具有一组楔形件18，其中，每个楔形件穿过设计成与其形状相匹配的承窝刺穿相应的中间弹性元件11或内部支撑件12。参照图3所描述的，快速连接器的释放状态示出了致动环9的楔形件18仅部分插入内部支撑件12中以保持锁定爪缩回。

一旦快速连接器5的基座结构6被引导到系泊接口13的接收部分中，基座结构6的纵向轴线50与系泊接口13的垂直轴线对齐，并且基座结构6位于系泊接口13中的设定高度处，活塞8被致动直到降低致动器环9，从而将附接到致动器环9的楔形件18一直向下插入锁定爪10或连接到锁定爪10的内部支撑件12中(这取决于实施例)。在这样做时，根据实施例，楔形件18被向下压在中间弹性元件11上或连接到中间弹性元件11的推动元件上，从而驱动锁定爪10远离纵向轴线50并离开基座结构6到达锁定位置。这使得锁定爪10压靠在系泊接口13的内凹槽表面16上，如上文参考图4所描述的，从而将基座结构6的凸形部分联接到系泊接口13的凹形部分上，并因此将海上浮动结构的上部主体2连接到预铺设系泊系统的下部主体3。

值得注意的是，在图2、图3和图4所示的实施例中，严格地说，仅需要两个液压活塞8来致动快速连接器5的锁定机构。因此，当包括两个以上的活塞时，首先是在夹头7和致动器环9中提供更均匀分布的力，其次是作为冗余措施，例如系统在两个独立的液压系统中具有四个或更多个活塞，如果其中一个液压系统失效，仍有另一个完全运行的液压系统向夹头和致动器环9提供均匀的负载。

通过使用图1至图23所示的根据本发明实施例的快速连接器，将海上浮动结构联接到预铺设系泊系统的联接方法或操作的不同阶段如下：

阶段1–快速连接器的基座结构6被导入系泊接口13的接收部分。

阶段2–基座结构6与系泊接口13完全对准并定位在设定高度，但是由于锁定爪10的释放位置，基座结构6和系泊接口13没有锁定在一起。

阶段3–快速连接器5的液压活塞8被致动，从而基座结构6中的锁定爪10移动到锁定位置并压靠在系泊接口13的凹槽表面16上，从而将联接到海上浮动结构的上部主体2的基座结构6固定到系泊接口13上，该系泊接口13附接到预铺设系泊系统的下部主体3。

通过使用本发明的快速连接器，将海上浮动结构从预铺设系泊系统分离的分离方法或操作包括以相反的方式执行上述阶段。

在图14和图15所示的本发明的另一实施例中，将海上浮动结构联接到预铺设系泊系统的快速连接器5包括锁定组件36，该锁定组件36相对于基座结构6被引导成垂直于纵向轴线50滑动，并且每个锁定组件36包括锁定爪10和可流体动力地膨胀和收缩的中间弹性元件11，该可流体动力地膨胀和收缩的中间弹性元件11放置在锁定爪10和基座结构6之间。流体动力装置配置成将加压流体注入每个中间弹性元件11的内腔19中，以使其膨胀并将相应的锁定爪10向外移动到锁定位置，或者配置成从每个中间弹性元件11的内腔19中抽出加压流体，以使其收缩并将相应的锁定爪10向内移动到释放位置。

通过使用根据图14和图15所示实施例的快速连接器的联接和分离方法的步骤与前述实施例相同，但是该方法步骤是操作流体动力装置以便膨胀和收缩中间弹性元件11，从而在锁定位置和释放位置之间向外和向内移动锁定爪10，而不是操作液压活塞8来向上和向下移动致动环9和楔形件18。