專利名稱：預加載設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種旨在用于在兩個構件之間施加預載的設備。
背景技術：
將在一種用于在兩個構件之間施加預載的設備的背景中描述本發(fā)明的特定的示例，所述兩個構件具體地是由水下井口裝置和導管外殼構成的內構件和外構件。我們的專利GB-2393990和US-7025145號中提供了與這樣的設備有關的現(xiàn)有技術的一個示例。在這些專利中，對在井口裝置和導管外殼之間施加預載(即，減少疲勞損害)的必要性進行了解釋。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明，一種用于在兩個構件之間施加預載的設備，包括致動部件、基準部件、鎖定部件和用于使基準部件相對于所述兩個構件之一固定的裝置，致動部件能夠相對于基準部件沿致動方向運動，致動部件和基準部件包括與鎖定部件接合的接合區(qū)，此種接合使得鎖定部件響應于致動部件沿致動方向的運動而進行橫向位移，所述橫向位移具有平行于致動方向的分量，所述分量明顯小于致動部件的位移，所述設備還包括支撐部件，所述支撐部件被定位為響應于致動部件的運動而進行橫向運動并且對鎖定部件進行支撐以使該鎖定部件抵靠住基準部件的接合區(qū)。鎖定部件和支撐部件可以是在橫向上可擴張的環(huán)。所述分量的方向優(yōu)選與所述致動方向相反。致動部件和基準部件之一可載置有棘齒，所述棘齒包括在致動方向上具有固定節(jié)距的多個鋸齒，而致動部件和基準部件中的另一個部件可載置有至少一個閂，所述閂允許致動運動的進行并能與棘齒接合以防止反向于致動方向的運動，閂提供了在致動方向上間隔設置的相應的多個離散的鎖定位置。致動部件可載置有棘齒而基準部件可載置有閂或多個閂。用于固定的所述裝置可包括由基準部件承載的多個接合止動器，其中每個止動器可均被設置成用于通過致動部件中的窗向前運動。致動部件和基準部件優(yōu)選是環(huán)形的，致動部件被設置在基準部件內。致動部件可適于被向上拉動。本發(fā)明還提供了一種水下組件，所述水下組件包括井口裝置、導管外殼以及一種用于在井口裝置和導管外殼之間施加預載的設備，所述設備包括致動部件(I)、基準部件
(2)、用于接合導管外殼的在橫向上可擴張的鎖定環(huán)(3)以及用于使基準部件相對于井口裝置固定的裝置(9)，致動部件能夠相對于基準部件沿致動方向運動，致動部件和基準部件包括接合區(qū)(6，18)，所述接合區(qū)與鎖定部件(3)接合以使得鎖定部件響應于致動部件沿致動方向的運動而進行橫向位移，所述橫向位移具有與致動方向相反的分量，所述分量明顯小于致動部件的位移，其特征在于所述設備還包括在橫向上可擴張的支撐環(huán)(16)，所述支撐環(huán)被定位為響應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)。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管外殼進行預加載的機構的一個實施例。
具體實施例方式圖1中所示的機構主要是旨在用于相對于水下井口裝置(未示出)對導管外殼(未示出)施加預載，所述水下井口裝置被布置成至少部分地位于導管外殼內。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GB-2393990和US-7025145中所提及的，期望在導管外殼和井口裝置之間施加預載以便降低導管外殼和井口裝置構成的組件由于該組件所承受的反復彎曲作用力而受到疲勞損害的可能性。圖1中所示的機構的三個重要的部件是致動部件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件之一(在該示例中是井口裝置外殼)，并且預載將被施加到所述兩個構件之間。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，即同時沿徑向和豎直方向進行滑動運動。鎖定部件或鎖定環(huán)3與所述兩個構件中的另一個構件(即導管外殼)滑動接合，預載將被施加到所述兩個構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件施加應力，所述另一個構件優(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，井口裝置設置在致動部件I內，支撐外殼2可位于導管外殼上。導管外殼和井口裝置在圖中均未示出；圖1中所示的機構、導管外殼和井口裝置之間的關系大體上對應于為了 GB2393900號專利中所描述的張緊機構而被示出的關系。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是相對于向上(致動)方向以選定的(較小)銳角向內漸縮的接合區(qū)。在致動部件的位于所述型面4和下部的所述擴大的環(huán)5之間的大部分高度范圍內，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)方向上均勻地間隔地設置的多個環(huán)狀鋸齒構成。致動環(huán)I具有在周向上間隔設置的窗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構成)穿過所述致動環(huán)以與“內部”構件(即井口裝置的本體)的外側上的合適的型面(尤其是未示出的在軸向上間隔設置的多個環(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。借助螺旋驅動件可使所述各鎖定止動器9運動至與所述內部構件相接合。在該示例中，螺旋驅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)臉嫾僮?，例如由適當?shù)倪b控操作機器人(R0V)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，從相應的鎖定止動器9的外側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是支撐環(huán)16，所述支撐環(huán)具有滑動地緊靠在致動環(huán)的漸縮表面上的內表面以及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管外殼上產生足夠的應力(已經考慮了導管外殼的彈性模量)。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)必須能適應鎖定環(huán)3的位移的豎向分量，但這樣一來將會導致支撐環(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-2393990中所示的設備的潛在改進。通過使致動部件相對于支撐外殼2鎖住而對所施加的預載進行設定。為此，所述機構優(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中相應的孔21、21a中的插銷，并且每個閂可均由向內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置，并且可以是分離地位于相應的環(huán)上或被形成在相應的環(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進行實質上的反向運動。所述多個閂被設計成總體上以與常規(guī)的棘齒和閂系統(tǒng)類似的方式工作，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)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。在常規(guī)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。從該位置起直至距停留位置大約一個節(jié)距的前一離散鎖定位置，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一閂接合的豎向行程這樣的不利效果，這可帶來其它問題，例如:(i)例如在開口環(huán)應用中，減少了接合作用力；(ii)使得所述系統(tǒng)生產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和閂的操作而更易于出現(xiàn)故障。所描述的機構減少了所述系統(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)可以采用相同的設計或可以采用不同的設計；重要的是它們彼此的相對位置以及相對于棘齒的位置?？梢允褂萌魏螖?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)，n是所采用的不同的閂(沿致動方向間隔設置)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(backlash)將是1/4節(jié)距；對于五個閂，最大返回行程將是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。
權利要求
1.一種用于在兩個構件之間施加預載的設備，包括:致動部件(I)、基準部件(2)、鎖定部件(3)以及用于使基準部件相對于所述兩個構件之一固定的裝置(9)，致動部件能夠相對于基準部件沿致動方向運動，致動部件和基準部件包括與鎖定部件(3)相接合的接合區(qū)(6，18)，所述接合使得鎖定部件響應于致動部件沿致動方向的運動而進行橫向位移，所述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:所述設備還包括支撐部件(16)，該支撐部件被定位成:響應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)。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中，鎖定部件(3)和支撐部件(16)是在橫向上可擴張的環(huán)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的設備，其中，所述分量的方向與所述致動方向相反。
4.根據(jù)權利要求1-3之一所述的設備，其中，致動部件和基準部件(I，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，而致動部件和基準部件(1，2)中的另一個部件載置有至少一個閂(20)，所述閂允許致動運動進行并能與棘齒接合以防止反向于致動方向的運動，所述閂提供了在致動方向上間隔設置的相應的多個離散的鎖定位置。
5.根據(jù)權利要求4所述的設備，其中，致動部件(I)載置有棘齒(7)而基準部件載置有一個閂或更多個閂(20，20a)。
6.根據(jù)權利要求1-5之一所述的設備，其中，用于固定的所述裝置包括由基準部件(2)承載的多個接合止動器(9)，其中每個止動器均被設置成用于通過致動部件(I)中的窗(8)向前運動。
7.根據(jù)權利要求1-6之一所述的設備，其中，致動部件(I)和基準部件(2)是環(huán)形的，致動部件被設置在基準部件內。
8.根據(jù)權利要求1-7之一所述的設備，其中，致動部件(I)適于被向上拉動。
9.一種水下組件，所述水下組件包括:井口裝置、導管外殼以及用于在井口裝置和導管外殼之間施加預載的設備，所述設備包括:致動部件(I)、基準部件(2)、用于接合導管外殼而在橫向上可擴張的鎖定環(huán)(3)以及用于使基準部件相對于井口裝置固定的裝置(9)，致動部件能夠相對于基準部件沿致動方向運動，致動部件和基準部件包括接合區(qū)(6，18)，所述接合區(qū)與鎖定部件(3 )接合以使得鎖定部件響應于致動部件沿致動方向的運動而進行橫向位移，所述橫向位移具有與致動方向相反的分量，所述分量明顯小于致動部件的位移，其特征在于:所述設備還包括在橫向上可擴張的支撐環(huán)(16)，所述支撐環(huán)被定位為:響應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)。
10.根據(jù)權利要求9所述的水下組件，其中，用于固定的所述裝置包括由基準部件(2)承載的多個接合止動器(9)，其中每個止動器均被設置成用于通過致動部件(I)中的窗(8)向前運動。
全文摘要
一種用于在水下井口裝置和導管外殼之間施加預載的設備，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更多個閂提供的離散的鎖定位置在位置上不同相。所述設備還包括支撐部件(16)，所述支撐部件被定位成響應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E21B33/043GK103080463SQ201180040860
公開日2013年5月1日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權日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