一种主动调谐张力腿系泊线连接装置

本发明涉及系泊设备，尤其是一种应用于浮式海上风电平台的主动调谐张力腿系泊线连接装置。

背景技术：

1、张力腿系泊系统是张力腿平台的核心垂直系泊结构，是深远海油气、浮式风电开发的关键装备部件。

2、张力腿平台通常通过多组张力筋腱与海底基础连接，并依靠张力筋腱中的预张力限制平台的垂荡、横摇和纵摇运动。对于浮式海上风电平台而言，张力筋腱的张力均衡性直接影响平台姿态、支承结构受力和风机运行稳定性。在长期服役过程中，海流冲刷、海水腐蚀、基础沉降、构件松弛以及环境荷载循环作用均可能导致不同张力筋腱之间产生张力偏差。

3、经检索，中国专利申请号为202510474368.x的专利，公开了一种浮式平台张力腿系泊系统，包括与浮式平台连接的至少三组张力筋腱，张力筋腱从上部的平台端到下部的锚固端分别由钢缆锁止器、钢缆、系泊连接臂及万向节基座组成；张力筋腱均通过钢缆锁止器与浮式平台连接，且通过张力调节锁止接头实现张力的精确调整，实现每组张力筋腱的张力一致性，张力调节锁止接头能够在钢缆锁止器上进行锁止，张力调节锁止接头的一端直接与钢缆连接。上述浮式平台张力腿系泊系统中，通过张力调节锁止接头的设计，能够实现对每组张力筋腱张力的精确调整，确保各组张力筋腱的张力保持一致。

4、现有张力调节接头仍存在以下不足：第一，缺少设置在主受力连接路径中的张力检测结构，难以在服役过程中持续获取张力筋腱的真实张力状态；第二，张力调节多依赖螺纹旋转或人工干预，调节响应速度较慢，且容易向系泊线引入附加扭转；第三，调节执行机构与长期承载机构未充分解耦，调节后仍可能依赖螺纹副、液压压力或执行机构自身保持张力，在浮式平台持续升沉、横摇、纵摇及循环振动作用下，容易出现松脱、回松或张力漂移。因此，有必要提供一种能够基于实时张力反馈进行在线主动调谐，并能够在调节完成后通过机械自锁结构长期保持张力状态的张力腿系泊线连接装置。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种一种主动调谐张力腿系泊线连接装置，通过将张力检测、轴向伸缩调节和楔形机械自锁结构集成于同一连接装置中，实现张力腿系泊线的在线主动调谐和调节后的长期稳定保持。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种主动调谐张力腿系泊线连接装置，安装在浮式平台承力结构与系泊缆之间，包括外壳，所述外壳的一端设置有用于与浮式平台承力结构连接的第二连接座。

3、所述连接装置还具有：

4、中心杆，沿外壳的轴向可滑动地设置在外壳内；

5、第一连接座，固定在中心杆伸出外壳的一端，所述第一连接座连接有系泊缆连接头，所述系泊缆连接头连接系泊缆；

6、销轴式传感器，用于检测系泊缆的实时张力，所述的第一连接座与系泊缆连接头通过销轴式传感器转动连接；

7、伸缩机构，设置在外壳内，并与中心杆连接，用于驱动中心杆沿所外壳的轴向伸出或缩回以改变系泊缆的有效连接长度；

8、锁止座，设置在外壳内并套设在中心杆的外侧，所述锁止座内至少设有一组用于夹持或释放中心杆的锁止机构；

9、位置调节机构，设置在外壳外周上，用于驱动锁止机构在锁止位置和解锁位置之间切换；

10、控制单元，分别与销轴式传感器、伸缩机构和位置调节机构电连接，所述控制单元用于根据销轴式传感器检测到的实时张力控制锁止机构解锁，控制伸缩机构驱动中心杆伸出或缩回，并在系泊缆的实时张力达到目标张力范围后控制锁止机构重新锁止中心杆；

11、其中，所述锁止机构处于锁止位置时，所述中心杆的轴向载荷经由锁止机构和锁止座传递至外壳。

12、具体说，所述的外壳包括第一壳体和通过紧固件固定在第一壳体端部的端盖，所述端盖与第一壳体之间设置有密封垫，所述端盖的中心处固定有供中心杆轴向滑动穿过的导向套。

13、进一步地，所述的中心杆包括第一杆体和固接在第一杆体端部的第二杆体，所述第二杆体穿过导向套伸出端盖，所述导向套内设置有与第二杆体配合的动密封机构。

14、进一步地，所述的第一杆体内设置有与伸缩机构输出端配合的连接套，所述第一杆体、连接套及伸缩机构输出端均开设有相互对应的销孔，所述销孔内穿设有连接销，连接销下端连接有将伸缩机构输出端与第一杆体固定的螺母。

15、进一步地，所述的第一杆体外壁上分别设有轴向对称的滑槽，所述第一壳体内壁上固定有与所述滑槽滑动配合、以限制中心杆周向转动并引导中心杆轴向移动的导向块。

16、具体说，所述的锁止座包括固定于第一壳体内壁的安装筒、分别设置在安装筒内壁两端的锁止台及分别设在锁止台内圈内侧的复位弹簧，所述锁止台与锁止机构之间锲形配合，所述复位弹簧抵靠于锁止机构外侧端面实现在解锁时推动锁止机构向内移动而脱离与锁止台的锲形配合。

17、具体说，所述的锁止机构包括多个沿第一杆体周向间隔布置的扇形锁止块，所述的推环与扇形锁止块内侧大端面固定，复位弹簧抵压在扇形锁止块外侧小端面，所述扇形锁止块外侧面与锁止台内侧面楔形配合，所述扇形锁止块内侧面夹持于第一杆体外周面。

18、具体说，所述的位置调节机构包括固定在第一壳体外壁的第二壳体、转动安装在第二壳体内的双向螺杆以及驱动双向螺杆转动的电机，所述双向螺杆上具有旋向相反的左旋螺纹和右旋螺纹，双向螺杆的左旋螺纹和右旋螺纹上分别螺纹连接有第一连接块，所述第一连接块延伸至第一壳体内并分别固接有推环，所述的推环分别与对应的锁止机构配合而实现锁止机构的锁止或解锁。

19、具体说，所述的导向机构包括固定在第一壳体外壁的第三壳体、固定在第三壳体内的导向杆以及滑动安装在导向杆上的两个第二连接块，两个第二连接块分别延伸至第一壳体内并对应与两个推环连接，以导向两个推环沿中心杆轴向移动。

20、进一步地，所述的第一壳体的外壁和安装筒的外壁上均开设有作为第一连接块和第二连接块移动空间的通槽。

21、本发明还提供一种采用上述主动调谐张力腿系泊线连接装置的进行张力调节方法，包括如下步骤：

22、s1，获取销轴式传感器检测到的系泊缆的实时张力；

23、s2，将上述所测的实时张力与目标张力范围进行比较；

24、s3，当所测实时张力超出目标张力范围时，控制位置调节机构驱动锁止机构解除对中心杆的锁止；

25、s4，控制伸缩机构驱动中心杆沿外壳的轴向伸出或缩回，以调节系泊缆的有效连接长度；

26、s5，在实时张力进入目标张力范围后，控制位置调节机构驱动锁止机构重新锁止中心杆；

27、s6，使伸缩机构进入卸载状态或低载保持状态，由锁止机构和锁止座保持调节后的张力状态。

28、本发明的有益效果是：

29、（1）、本发明将销轴式传感器设置在第一连接座与系泊缆连接头之间，使其同时承担铰接连接和张力检测功能。由于该位置位于系泊缆的主受力连接路径中，能够直接获取系泊缆的实时张力，为后续主动调节提供可靠反馈信号，避免仅依靠外部估算或间接测量造成的误差。

30、（2）、本发明通过伸缩机构直接驱动中心杆沿外壳轴向伸出或缩回，从而改变系泊缆的有效连接长度，实现张力调节。与依赖螺纹旋转的传统调节方式相比，本发明的调节过程不需要旋转系泊缆或连接头，能够减少附加扭转并提高张力调节响应速度。

31、（3）、本发明通过锁止台、扇形锁止块、复位弹簧和推环形成可主动切换的楔形锁止结构。调节完成后，扇形锁止块在推环作用下进入锁止位置，中心杆受到的轴向拉力通过楔形配合面转化为对中心杆的径向夹紧力，使中心杆被可靠夹持。锁止状态下，系泊缆张力主要经中心杆、锁止机构、锁止座和外壳传递至第二连接座，伸缩机构无需长期承受主张力载荷，从而降低执行机构失效或回退导致张力漂移的风险。

32、（4）、本发明在锁止状态下依靠楔形机械自锁保持张力，不依赖持续供电、持续液压压力或电机持续输出扭矩。因此，在断电、控制系统短时故障或执行机构进入卸载状态时，装置仍能够保持调节后的张力状态，适用于海上风电张力腿平台长期服役环境。