專利名稱：棘齒和閂機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一個方面涉及棘齒和閂機構(gòu)并且更具體地涉及一種設(shè)備，所述設(shè)備包括棘齒和閂機構(gòu)并旨在用于在兩個部件之間施加預(yù)載。
背景技術(shù)：
為了方便起見，將在一種用于在內(nèi)構(gòu)件和外構(gòu)件之間施加預(yù)載的設(shè)備的背景中描述本發(fā)明的特定的示例，所述內(nèi)構(gòu)件和外構(gòu)件具體地是由水下井口裝置和導(dǎo)管外殼構(gòu)成的。我們的專利GB-2393990號和US-7025145號中提供了與這樣的設(shè)備有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)的一個示例。在這些專利中，對在井口裝置和導(dǎo)管外殼之間施加預(yù)載(即，減少疲勞損害)的必要性進行了解釋。在該背景或在其它背景內(nèi)容中，棘齒可被閂接合而為載置有棘齒的一個部件相對于載置有閂的另一個部件提供多個可能的位置設(shè)置。常規(guī)的棘齒和閂提供了使一個零件越過另一個零件的單向運動。閂可以被彈出從而使得閂的型面接合棘齒的型面上離散的位置。通過兩個所述型面的鎖定接合防止了反向運動。系統(tǒng)的返回行程由棘齒和閂之間的接合型面上離散的鎖定位置的節(jié)距決定。因此，所述系統(tǒng)的運動部分可以在無限小的距離范圍內(nèi)停留，由此所述系統(tǒng)的運動部分能與被固定的零件的離散的鎖定位置相接合。從該位置起直至距所期望的停留位置大約一個節(jié)距的前一離散的鎖定位置，將沒有物體來阻止反向運動。因此，使系統(tǒng)的返回行程最小化從而有效地減少反向運動是有益的。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個方面中提供了一種機構(gòu)，包括第一和第二部件，所述第一和第二部件能夠沿致動方向進行相對運動，所述第一和第二部件之一載置有棘齒，所述棘齒包括在致動方向上具有固定節(jié)距的多個鋸齒，而所述第一和第二部件中的另一個部件載置有至少兩個閂，所述閂允許所述相對運動的進行并且能與棘齒相接合以防止反向于所述致動方向的運動，所述閂均提供了用于棘齒的、在致動方向上間隔開的、相應(yīng)的多個離散的鎖定位置并且被定位和設(shè)置成使得由其中一個閂提供的離散的鎖定位置與由另外的一個或者另外多個閂提供的離散的鎖定位置在位置上不同相。每個閂可均包括在致動方向上間隔設(shè)置的多個鋸齒。各閂之間的節(jié)距優(yōu)選等于(Z*p)+ (p/n)，其中P是所述離散的鎖定位置的節(jié)距，Z是任意整數(shù)，η是不同的各閂的數(shù)量。本發(fā)明還提供了一種用于在水下井口裝置和導(dǎo)管外殼之間施加預(yù)載的設(shè)備，包括:致動部件、支撐部件、鎖定部件以及用于使支撐部件相對于井口裝置固定的裝置，所述致動部件相對于支撐部件能夠沿致動方向進行相對運動，所述致動部件和支撐部件包括與鎖定部件相接合的表面，所述接合使得鎖定部件響應(yīng)于致動部件的運動而進行傾斜的位移，所述傾斜的位移具有平行于致動方向的分量，所述分量明顯比致動部件在該方向上的位移更小，其特征在于:致動部件和支撐部件之一載置有棘齒，所述棘齒包括在致動方向上具有固定節(jié)距的多個鋸齒，而致動部件和支撐部件中的另一個載置有至少兩個閂，所述閂允許所述相對運動的進行并且能與棘齒相接合以防止反向于致動方向的運動，所述閂均提供了用于棘齒的、在致動方向上間隔開的、相應(yīng)的多個離散的鎖定位置并且被定位和設(shè)置成使得由其中一個閂提供的離散的鎖定位置與由另外的一個或者多個閂提供的離散的鎖定位置在位置上不同相。將參考附圖對本發(fā)明的一個示例進行描述。


唯一的附圖1示出了用于相對于水下井口裝置對導(dǎo)管外殼進行預(yù)加載的機構(gòu)的一個實施例。
具體實施例方式圖1中所示的機構(gòu)主要是旨在用于相對于水下井口裝置(未示出)對導(dǎo)管外殼(未示出)施加預(yù)載，所述水下井口裝置被布置成至少部分地位于導(dǎo)管外殼內(nèi)。這樣的井口裝置和外殼具有大體上圓筒形的形狀并且在使用中被布置成通常為豎式的布置，它們的主軸是豎直的。如在前面所述的專利中所提及的，期望在導(dǎo)管外殼和井口裝置之間施加預(yù)載以便降低導(dǎo)管外殼和井口裝置構(gòu)成的組件由于該組件所承受的反復(fù)彎曲作用力而受到疲勞損害的可能性。圖1中所示的機構(gòu)的三個重要的零件是:致動部件I (在該示例中具有環(huán)形的形狀)、支撐外殼2 (在該示例中同樣具有環(huán)形的形狀)以及鎖定部件3 (在該示例中是在橫向上可擴張的環(huán)，例如開口環(huán))。如將會在下文中進行描述的那樣，支撐外殼2作為基準部件，所述基準部件被固定到兩個構(gòu)件之一(在該示例中是井口裝置外殼)，并且預(yù)載將被施加到所述兩個構(gòu)件之間。致動部件或致動環(huán)I相對于支撐外殼2運動，在該示例中是沿軸向方向向上運動，鎖定環(huán)3借助致動部件I和支撐外殼2上的接合區(qū)橫向傾斜地進行滑動運動，即同時沿徑向和豎向方向進行滑動運動。鎖定部件或鎖定環(huán)3與所述兩個構(gòu)件中的另一個構(gòu)件(即導(dǎo)管外殼)滑動接合，預(yù)載將被施加到所述兩個構(gòu)件之間并且鎖定部件3的位移的豎向分量對所述另一個構(gòu)件施加應(yīng)力，所述另一個構(gòu)件優(yōu)選具有用于容納鎖定部件3的狹槽(更特別地是環(huán)形狹槽)。更特別地，井口裝置設(shè)置在致動部件I內(nèi)，支撐外殼2可位于導(dǎo)管外殼上。導(dǎo)管外殼和井口裝置在圖中均未示出；圖1中所示的機構(gòu)、導(dǎo)管外殼和井口裝置之間的關(guān)系大體上對應(yīng)于為了 GB2393900號和US-7025145號專利中所描述的張緊機構(gòu)而被示出的關(guān)系。致動環(huán)I的上端具有適用于被合適的工具接合的外部型面4，由此所述工具能向上拉動致動環(huán)。在該示例中所述型面包含環(huán)狀鋸齒。致動部件I的下端形成為擴大的環(huán)5，該擴大的環(huán)的外表面的上部部分6是相對于向上(致動)方向以選定的(較小)銳角向內(nèi)漸縮的接合區(qū)。在致動部件的位于所述外部型面4和下部的擴大的環(huán)5之間的大部分高度范圍內(nèi)，致動部件載置有棘齒7，并且優(yōu)選一體地形成有所述棘齒，在該示例中所述棘齒由在致動(豎向)方向上均勻地間隔設(shè)置的多個環(huán)狀鋸齒構(gòu)成。
致動環(huán)I具有在周向上間隔設(shè)置的窗8，所述窗大體上是豎立的長方形窗。這些窗允許鎖定裝置(在該實施例中所述鎖定裝置由鎖定止動器9構(gòu)成)穿過所述致動環(huán)以與“內(nèi)部”構(gòu)件(即井口裝置的本體)的外側(cè)上的合適的型面(尤其是未示出的在軸向上間隔設(shè)置的多個環(huán)形槽)相接合。所述各鎖定止動器9被安裝在支撐外殼I上。借助螺旋驅(qū)動件可使所述各鎖定止動器9運動至與所述內(nèi)部構(gòu)件相接合。在該示例中，螺旋驅(qū)動件包括為每個止動器9配置的一對螺釘10、11，所述螺釘分別設(shè)置在支撐外殼2中的徑向朝向的螺紋孔12和13中。這些螺釘可由適當?shù)臉?gòu)件操作，例如由適當?shù)倪b控操作機器人(ROV, remotely operatedvehicle)工具操作。在該示例中，每個鎖定止動器均相對于支撐外殼保持處于受約束的狀態(tài)。具體而言，各個螺釘對中的上部螺釘10具有周向狹槽14，從相應(yīng)的鎖定止動器9的外側(cè)延伸的延伸部上所載有的凸緣15延伸到所述周向狹槽中。與致動環(huán)I的擴大的下端相鄰的的是支撐環(huán)16，所述支撐環(huán)具有能夠滑動地緊靠在致動環(huán)的漸縮表面上的內(nèi)表面以及能夠滑動地緊靠在鎖定環(huán)3的下表面上的上表面。鎖定環(huán)的上表面具有傾斜的外部部分17，所述外部部分能夠滑動地緊靠在由支撐外殼2的表面18提供的傾斜的接合區(qū)上。各接合區(qū)(尤其是表面6和表面18)相對于致動部件I的致動方向具有角度從而使得致動部件I沿(豎向的)致動方向的運動和鎖定部件3的豎向運動之間存在明顯的機械效益，即致動環(huán)向上的位移比鎖定環(huán)3的位移的豎向分量(在該示例中是向下分量)大得多。鎖定環(huán)的較小的位移足以在導(dǎo)管外殼上產(chǎn)生足夠的應(yīng)力(已經(jīng)考慮了導(dǎo)管外殼的彈性模量)。因而致動環(huán)的向上運動迫使鎖定環(huán)向外運動?；鶞什考?支撐外殼2)的傾斜的接合區(qū)18迫使該鎖定部件的位移具有豎向分量，所述豎向分量與致動部件的運動方向相反。支撐環(huán)16作為反作用部件。所述支撐環(huán)支撐鎖定環(huán)使其抵靠在基準部件的接合區(qū)18上。所述支撐環(huán)必須能適應(yīng)鎖定環(huán)3的位移的豎向分量，但這樣一來將會導(dǎo)致支撐環(huán)由于支撐環(huán)與致動部件的傾斜的接合區(qū)6的接合而橫向運動。所述支撐環(huán)16具有漸縮的表面19，該漸縮的表面與致動部件的接合表面6接合，并且優(yōu)選以與致動部件的接合表面相同的角度與該接合表面接合。鎖定環(huán)、致動部件、支撐外殼(即基準部件)以及支撐環(huán)的組合允許操作在鎖定環(huán)未過載的情況下進行。另外，借助用支撐環(huán)16支撐鎖定環(huán)3可避免鎖定環(huán)3的彎曲或扭曲。在這些方面中，所述組合本身就是相對于GB-2393900和US-7025145中所示的設(shè)備的潛在改進。通過使致動部件相對于支撐外殼2鎖住而對所施加的預(yù)載進行設(shè)定。為此，所述機構(gòu)優(yōu)選具有至少兩個鋸齒形的閂20和20a，每個閂均安裝在支撐外殼中。在該示例中，每個閂都是間隔均勻的一組鋸齒的形式，所述鋸齒能夠與線性棘齒7的鋸齒相接合。每個閂均具有各自容納在支撐外殼2中相應(yīng)的孔21、21a中的插銷，并且每個閂可均由向內(nèi)促壓所述閂的彈性件(未示出)加載。所述各閂可在周向上隔開一定間隔設(shè)置，并且可以是分離地位于相應(yīng)的環(huán)上或被形成在相應(yīng)的環(huán)上。因而致動環(huán)I可沿致動方向運動，所述閂允許該運動的進行直至到達了所需的最終位置，而后至少一個閂(或閂組)接合棘齒并防止致動部件I進行實質(zhì)上的反向運動。
所述多個閂被設(shè)計成總體上以常規(guī)的棘齒和閂系統(tǒng)那樣的方式工作，其提供了使一個部件越過另一個部件的單向運動。在常規(guī)的棘齒和閂系統(tǒng)中，一個部件(閂)可以被彈出從而所述一個部件與第二部件(棘齒)的型面上的離散的位置相接合。通過所述兩個型面的鎖定接合防止了反向運動。系統(tǒng)的返回行程由所述兩個部件(棘齒和閂)之間的接合型面上的離散的鎖定位置的節(jié)距決定。在普通的系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)的運動部分可以在無限小的距離范圍內(nèi)停留，由此所述系統(tǒng)的運動部分能與被固定的部件的離散的鎖定位置相接合。從該位置起直至距停留位置大約一個節(jié)距的前一離散的鎖定位置，將沒有物體來阻止反向運動。使系統(tǒng)的返回行程最小化從而盡可能有效地防止反向運動是有益的。用于實現(xiàn)此目的的一種方法是減小離散的鎖定位置的節(jié)距。然而，這典型地具有減少了棘齒-閂接合的豎向行程的不良效果，這可帶來其它問題，例如:(i)例如在開口環(huán)的應(yīng)用中，減少了接合作用力；(ii)使得所述系統(tǒng)生產(chǎn)成本更高昂并且更難以檢查；以及(iii)使得所述系統(tǒng)由于外來物體防礙棘齒-閂的操作而更易于出現(xiàn)故障。所描述的機構(gòu)減少了所述系統(tǒng)的返回行程同時保持了離散的鎖定位置的原有節(jié)距。在特定的示例中，所述兩個閂19和20相對于棘齒在位置上不同相。換句話說，上部閂上的閂齒和下部閂上的閂齒之間在致動方向上的間距不是棘齒上的齒間距的整數(shù)倍。在兩個不同的閂的特定的示例中，相位差可以是180°，S卩，間距或節(jié)距是Y=Z*p+p/2，其中P是離散的鎖定位置的節(jié)距，Z是任意整數(shù)。更一般地，閂20和20a (以及其它閂)可以采用相同的設(shè)計或可以采用不同的設(shè)計；重要的是它們彼此的相對位置以及相對于棘齒的位置。可以使用任何數(shù)量的閂或閂組，并且閂或閂組的數(shù)量越大所述系統(tǒng)的返回行程就越小。但是，相對于前一個閂，每個在后的閂提供的返回行程減少量逐漸減少，用于確定閂的節(jié)距與離散的鎖定位置的節(jié)距的關(guān)系的通用公式如下:Y= (Z*p)+ (p/n)其中Y是閂的節(jié)距，P是離散的鎖定位置的節(jié)距，Z是任意整數(shù)，η是所采用的不同的閂(沿致動方向間隔設(shè)置)的數(shù)量。在優(yōu)選的示例中，當上部閂充分地接合到某離散的鎖定位置中時，下部閂恰好在兩個離散的鎖定位置之間的中途。如果上部閂未能被接合，棘齒能沿反向運動直至下部閂被接合。在該雙閂示例中，棘齒將在行進1/2齒節(jié)距后被鎖定，而不是像在單閂系統(tǒng)中那樣行進整個齒節(jié)距后被鎖定。如果采用三個閂，那么最大返回行程將是1/3節(jié)距；對于四個閂，最大返回行程將是1/4節(jié)距；對于五個閂，最大返回行程(backlash)將是1/5節(jié)距,等等。在所描述的實施例中，棘齒由致動部件承載而閂由支撐外殼承載，但是相反的布置也是可行的。
權(quán)利要求
1.一種棘齒和閂機構(gòu)，包括第一和第二部件(1，2)，所述第一和第二部件能夠沿致動方向進行相對運動，所述第一和第二部件之一載置有棘齒(7)，所述棘齒包括在致動方向上具有固定節(jié)距的多個鋸齒，而所述第一和第二部件中的另一個部件載置有至少兩個閂(19，20)，所述閂允許所述相對運動的進行并且能與棘齒相接合以防止反向于致動方向的運動，所述閂均提供了用于棘齒的、在致動方向上間隔開的、相應(yīng)的多個離散的鎖定位置并且被定位和設(shè)置成使得由其中一個閂提供的離散的鎖定位置與由另外的一個或者多個閂提供的離散的鎖定位置在位置上不同相。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的機構(gòu)，其中，每個閂均包括在致動方向上間隔設(shè)置的多個鋸齒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的機構(gòu)，其中，各閂之間的節(jié)距等于(Z*p)+(p/n)，其中P是所述離散的鎖定位置的節(jié)距，Z是任意整數(shù)，η是不同的各閂的數(shù)量。
4.一種用于在水下井口裝置和導(dǎo)管外殼之間施加預(yù)載的設(shè)備，包括:致動部件(I)、支撐外殼(2)、鎖定部件(3)以及用于使支撐外殼相對于井口裝置固定的裝置(9)，所述致動部件相對于支撐外殼能夠沿致動方向進行相對運動，所述致動部件和支撐外殼包括與鎖定部件(3)相接合的表面(6，18)，此種接合使得鎖定部件響應(yīng)于致動部件沿致動方向的運動而進行傾斜的橫向位移，所述傾斜的橫向位移具有平行于致動方向的分量，所述分量明顯比致動部件的位移更小，其特征在于:致動部件和支撐外殼(1，2)之一載置有棘齒(7)，所述棘齒包括在致動方向上具有固定節(jié)距的多個鋸齒，而致動部件和支撐外殼(1，2)中的另一個載置有至少兩個閂(19，20)，所述閂允許所述相對運動的進行并且能與棘齒相接合以防止反向于致動方向的運動，所述閂均提供了用于棘齒的、在致動方向上間隔開的、相應(yīng)的多個離散的鎖定位置并且被定位和設(shè)置成使得由其中一個閂提供的離散的鎖定位置與由另外的一個或者多個閂提供的離散的鎖定位置在位置上不同相。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)備，其中，所述棘齒(7)由致動部件(I)承載而所述各閂由支撐外殼(2)承載。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的設(shè)備，其中，每個閂均包括在致動方向上間隔設(shè)置的多個鋸齒。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6之一的設(shè)備，其中，用于固定的所述裝置包括由支撐外殼承載的多個接合止動器(9 )，其中每個止動器均被設(shè)置成用于通過致動部件(I)中的窗(8 )向前運動。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-7之一的設(shè)備，其中，所述設(shè)備還包括支撐部件(16)，所述支撐部件被定位成:響應(yīng)于致動部件的運動而進行橫向運動并且對鎖定部件(3)進行支撐而使該鎖定部件抵靠住基準部件(2)的接合區(qū)(18)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其中，鎖定部件(3)和支撐部件(16)是在橫向上可擴張的環(huán)。
10.根據(jù)權(quán)利要求4-9之一的設(shè)備，其中，所述致動部件(I)和支撐外殼(2)是環(huán)形的，所述致動部件設(shè)置在所述支撐部件內(nèi)，并且所述致動部件適于接收井口裝置，所述支撐外殼被布置為位于導(dǎo)管外殼上。
全文摘要
一種用于在水下井口裝置和導(dǎo)管外殼之間施加預(yù)載的設(shè)備，包括致動部件(1)、支撐外殼(2)、鎖定部件(3)以及用于使支撐外殼相對于井口裝置固定的裝置(9)。致動部件的運動引起鎖定部件進行傾斜的橫向運動。致動部件承載有棘齒(7)，所述棘齒包括在致動方向上具有固定節(jié)距的多個鋸齒，所述支撐外殼(1，2)承載有至少兩個閂(19，20)，所述閂允許相對運動的進行并且能與棘齒接合以防止反向于致動方向的運動。由其中一個閂提供的離散的鎖定位置與由另外的一個或多個閂提供的離散的鎖定位置在位置上不同相。所述設(shè)備還包括支撐部件(16)，所述支撐部件被定位成響應(yīng)于致動部件的運動而進行橫向運動并且對鎖定部件(3)進行支撐以使該鎖定部件抵靠住基準部件(2)的接合區(qū)(18)。
文檔編號E21B33/043GK103109036SQ201180040610
公開日2013年5月15日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者S·J·埃利森 申請人:阿克深海有限公司