1.本发明涉及浮式结构系泊技术领域，特别是涉及一种快速接头、系泊系统及其系泊方法。
背景技术：
2.随着对海洋资源的开发利用，能源革命让风电产业迎来了新的发展机遇，而发展深远海海风是未来海风行业的趋势。其中海上漂浮式风机(fowt)是风电系统的关键。浮式基础结构是海上漂浮式风机用于浮于海面的基础结构，主要用于50m以上水深海域，大多都采用海洋油气工业常用的结构形式，安装水深可达到1000m以上。
3.目前的浮式基础结构的安全停留主要采用的是多点系泊系统，将锚链通过张紧器与锚相连并张紧后便可完成系泊。如专利号为“201921142316.9”，专利名称为“水下张紧器”的图2至图3中公开的系泊方法，首先安装船在到达指定海域，将锚和下端锚链安装连接，在下端锚链顶端系上第一浮标，将锚固定在预设海底处，然后浮式基础结构就位后，安装船将放置在安装船上的第二锚链与浮式基础结构相连，安装船远离浮式浮式基础结构，找到第一浮标后将下端锚链与安装船上携带的水下张紧器上第一孔眼相连，第二锚链穿过水下张紧器的第二孔眼以及带槽滑轮后与安装船上的绞车相连，之后把水下张紧器再放入海里，并下方安装船上携带的水下作业机器人，通过止链装置解锁第二锚链，使其能够自由活动，安装船上的绞车动作，收紧第二锚链，当第二锚链上张力达到预设值后，止链装置锁止，阻止第二锚链运动，系泊缆保持预定的张力，最后水下作业机器人将第二浮标换到第二锚链上，以方便今后进行系泊缆张力、长度调整。通常浮式基础结构在使用到达一定年份时需要拖回码头检修，在上述专利系泊方式下，就需要将锚链与水下张紧器分离之后才能拖走浮式基础，再安装时将锚链和水下张紧器重新连接后，还需要重新进行张紧，张紧过程本身较为繁琐，使得整个维修过程变的较为复杂。
技术实现要素：
4.本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种快速接头、系泊系统及其系泊方法，通过该快速接头，可实现两个连接物的快速连接和分离，因此将其应用于锚链和固定锚的连接和分离，维修时便无需拆除锚链和水下张紧器的连接，再次安装时，也无需重新调节锚链张紧程度。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明公开了一种快速接头，包括插接套筒和供所述插接套筒插入的连接套筒，所述插接套筒内滑动连接有仅能够沿其轴线滑动的滑动连杆，所述滑动连杆的一端通过复位压簧与所述插接套筒连接，所述滑动连杆的另一端与牵引件连接，所述滑动连杆的杆壁与所述插接套筒的内壁贴合，所述杆壁上设有沿所述滑动连杆的轴线对称布置的坡形槽，所述坡形槽内设有滚珠，所述滚珠的直径与所述坡形槽的槽宽相匹配，所述坡形槽的坡底端的槽深大于所述滚珠的直径，所述坡形槽的坡顶端朝向所述复位压簧，所述插接套筒的筒壁上设有供所述滚珠显露的滚珠卡孔，所述滚
珠卡孔直径小于所述滚珠直径，所述滚珠卡孔位于所述滚珠的移动路径上，所述连接套筒的内壁直径与所述插接套筒的外径相匹配。
6.优选地，所述插接套筒上设有沿其轴线延伸的导向滑槽，所述杆壁上设有沿所述滑动连杆的轴线对称布置的导向滑条，所述导向滑条滑动连接在所述导向滑槽内。
7.优选地，所述滑动连杆与牵引件连接的一端设有牵引孔。
8.优选地，所述插接套筒远离所述连接套筒的一端上设有第一限位盘，所述第一限位盘的直径大于所述连接套筒的直径，所述滑动连杆设有牵引孔的一端设有第二限位盘，所述第二限位盘的直径大于所述插接套筒的直径。
9.还公开了一种系泊系统，包括安装船、水下张紧器、用于固定在海底的固定锚以及快速接头，所述安装船上设有收卷设备和水下作业机器人，所述连接套筒固定连接在所述固定锚上，所述固定锚上设有用于绑扎第一浮标的连接环，所述牵引件为第一锚链，所述水下张紧器包括外部框架和第二锚链，所述外部框架的一端设有第一孔眼和带槽滑轮，所述外部框架的另一端设有第二孔眼和用于锁止所述第二锚链的止链装置，所述第一锚链的一端连接于所述第一孔眼上，所述第一锚链的另一端与所述滑动连杆的连接，所述第二锚链穿过所述第二孔眼在带槽滑轮的引导下转向，所述第二锚链的一端与海上漂浮式风机固定连接，所述第二锚链的另一端用于与所述收卷设备或第二浮标连接。
10.优选地，所述安装船上的水下作业机器人通过牵引绳牵拉。
11.优选地，所述固定锚为吸力锚、拖曳贯穿锚、法向承力锚或动力贯入锚。
12.优选地，滑动连杆与第一锚链连接的一端设有牵引孔，所述第一锚链的两端通过卸扣分别与所述牵引孔、所述第一孔眼连接。
13.还公开了一种系泊方法，采用了上述的系泊系统，包括以下步骤：
14.s1、海上漂浮式风机就位前，安装船开至固定锚的预设位置附近，将第一浮标绑扎在所述固定锚的连接环上，将所述固定锚固定在海底的预设位置，所述连接套筒竖向设置；
15.s2、海上漂浮式风机就位后，所述收卷设备缓慢释放所述第二锚链，使所述水下张紧器缓慢浸入水中，水下作业机器人将所述插接套筒插入所述连接套筒，所述收卷设备收卷第二锚链，张紧所述第一锚链，上拉所述滑动连杆，使所述滚珠卡入滚珠卡孔内并压紧在所述连接套筒的内壁上，完成所述插接套筒和所述连接套筒的锁紧；
16.s3、解除收卷设备和所述第二锚链的连接，在所述第二锚链上绑扎第二浮标，完成系泊。
17.优选地，当海上漂浮式风机需要回到码头进行检修时，将安装船开到第一浮标所在位置附近，通过水下作业机器人找到所述固定锚所在位置，将所述滑动连杆向下推动，当插接套筒随着所述滑动连杆下移，移动到连接套筒的底部时，所述滑动连杆接着推动复位压簧向下移动，所述复位压簧被所述滑动连杆挤压直到第一限位盘与第二限位盘贴合，此时所述滚珠移动至所述坡形槽的坡底端的位置，所述滚珠不再由所述插接套筒上的滚珠卡孔露出，将所述插接套筒与所述滑动连杆同时向外移动，完成系泊解除，将海上漂浮式风机带回至码头进行检修。
18.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
19.1.本发明的快速接头中，将滑动连杆和第一连接物的牵引件连接，连接套筒与第二连接物连接，将插接套筒插入连接套筒内，牵引件回拉滑动连杆，滑动连杆上的坡形槽推
动滚珠完全落入到滚珠卡孔内，拉紧滑动连杆，滚珠会压紧连接套筒的内壁，实现连接，在移除牵引件牵引力之前，无法释放插接套筒，实现两个连接物的连接；当需要拆开两个连接物时，将插接套筒向连接套筒内推动，插接套筒随着滑动连杆下移移动到连接套筒底部时，滑动连杆接着推动复位压簧向下移动，最终滚珠移动至坡形槽的坡底端的位置，不在与插接套筒的滚珠卡孔相啮合，将插接套筒与滑动连杆同时向外移动，即可解除两个连接物；将本快速接头的牵引件换成锚链，将连接套筒固定在固定锚上，将风机浮式基础带回至码头进行检修时，使得锚链不必与水下张紧器分离和连接，而只是使插接套筒和连接套筒分离和连接，即锚链和固定锚分离和连接，无需在此调节水下张紧器的涨紧程度，继而减少操作步骤，节省成本，之后的安装也只需让连接装置与锚重新连接即可，降低了安装人员的劳动强度。
20.2.本发明的系泊系统中，安装船、水下作业机器人、收卷设备等相互配合，可实现快速接头的自动化连接和分离，实现了自动化、智能化，节省了人力成本。
21.3.本发明的系泊方法中，只需快速接头的连接和分离，便可实现海上漂浮式风机和固定锚的连接和分离，而无需将水下张紧器和锚链进行分离，继而无需再次调节水下张紧器的松紧，减少操作步骤，节省成本，降低了安装人员的劳动强度。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为快速接头的未锁止状态下的内部结构示意图；
24.图2为快速接头的锁止或解锁过程中的内部结构示意图；
25.图3为快速接头的锁止状态下的内部结构示意图；
26.图4为快速接头的横截面结构示意图；
27.图5为采用系泊系统初始系泊阶段的原理图；
28.图6为采用系泊系统系泊过程中的原理图；
29.图7为采用系泊系统完成系泊过程的原理图。
30.附图标记说明：1、插接套筒；2、连接套筒；3、滑动连杆；4、复位压簧；5、坡形槽；6、滚珠；7、滚珠卡孔；8、第一限位盘；9、第二限位盘；10、牵引孔；11、导向滑槽；12、导向滑条；13、安装船；14、水下张紧器；15、固定锚；16、收卷设备；17、第一浮标；18、第一锚链；19、第二锚链；20、带槽滑轮；21、止链装置；22、第一孔眼；23、第二孔眼；24、牵引绳；25、水下作业机器人；26、缆绳；27、海上漂浮式风机；28、第二浮标。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一单元实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.实施例1
33.本实施例提供了一种快速接头，如图1至图7所示，包括插接套筒1和连接套筒2，连接套筒2供插接套筒1插入。插接套筒1内滑动连接有滑动连杆3，滑动连杆3仅能够沿插接套筒1的轴线滑动，插接套筒1和滑动连杆3之间不会发生相对转动。连接套筒2内设有复位压簧4，复位压簧4的一端与连接套筒2固定连接，复位压簧4的另一端与滑动连杆3的一端固定连接，滑动连杆3的另一端与牵引件连接，牵引件可为各种牵引机构，如锚链、绳索等等，主要用于牵拉滑动连杆3。作为优选，连接套筒2的一端封闭一端开放，复位压簧4的端头固定连接在封闭端，滑动连杆3与牵引件连接的一端则通过开放端伸出连接套筒2。滑动连杆3的杆壁与插接套筒1的内壁贴合，滑动连杆3的杆壁上设有沿滑动连杆3的轴线对称布置的坡形槽5，即滑动连杆3的杆壁上至少设有一对对称设置的坡形槽5，当然为了能够提高滑动连杆3和连接套筒2锁止强度，可多设置几对坡形槽5，若干对坡形槽5沿着滑动连杆3的轴线方向排布。每个坡形槽5内均设有一个滚珠6，滚珠6的直径与坡形槽5的槽宽相匹配，使得滚珠6只能顺着坡形槽5的坡顶端和坡底端方向滑动，不会发生偏移，同时坡形槽5的坡底端的槽深大于滚珠6的直径，以使滚珠6能够完全藏于坡形槽5的坡底端内。坡形槽5的坡顶端朝向复位压簧4，坡形槽5的坡底端则朝向滑动连杆3与牵引件连接的一端，这样滚珠6只能沿着滑动连杆3的轴线方向移动。插接套筒1的筒壁上设有供滚珠6显露的滚珠卡孔7，滚珠卡孔7直径小于滚珠6直径，以避免滚珠6从滚珠卡孔7处脱离坡形槽5。滚珠卡孔7位于滚珠6的移动路径上，随着滑动连杆3在插接套筒1内的移动，滚珠6会随同滑动连杆3移动，继而滚珠6可卡入或脱离滚珠卡孔7。连接套筒2的内壁直径与插接套筒1的外径相匹配，以保证滚珠6卡入滚珠卡孔7时，能够与连接套筒2紧密贴合。
34.快速接头工作原理：
35.连接过程：首先，将滑动连杆3和牵引件固定连接，以实现与第一连接物的固定连接；然后，将连接套筒2固定连接在第二连接物上；再然后，将插接套筒1插入连接套筒2内，通过牵引件朝向远离连接套筒2的方向拉动滑动连杆3，坡形槽5的坡顶端推动滚珠6，滚珠6被推入滚珠卡孔7中并与连接套筒2的内壁贴合，随着牵引件的牵引，坡形槽5的坡顶端会加深对滚珠6的挤压，滚珠6和连接套筒2之间的摩擦力逐渐提高，最终牵引件达到预设张力后，完成插接套筒1和连接套筒2的连接，实现第一连接物和第二连接物的连接，在移除牵引件的张力之前，是无法释放插接套筒1的，第一连接物和第二连接物也无法脱开。
36.脱开过程：
37.释放牵引件的张力，然后将滑动连杆3朝着连接套筒2方向推，坡形槽5逐渐失去对滚珠6的压紧力，随着滚珠6落入坡形槽5的坡底端处，滚珠6会完全没入坡形槽5内，此时滚珠6不在挤压连接套筒2，外拔插接套筒1，使插接套筒1脱离连接套筒2，便完成了第一连接物和第二连接物的脱开。
38.将连接套筒2固定连接在固定锚15上，将滑动连杆3的牵引件换成与水下张紧器14连接的锚链，便可实现锚链和固定锚15的快速连接和脱离，无需连接和解锁水下张紧器14和锚链，来实现海上漂浮式风机27和固定锚15的连接和脱离，继而也就无需再次调节水下张紧器14，节省了连接步骤，提高了连接效率。
39.本实施例中，如图1至图7所示，插接套筒1上设有沿其轴线延伸的导向滑槽11，滑动连杆3的杆壁上设有沿其轴线对称布置的导向滑条12，导向滑条12滑动连接在导向滑槽
11内，导向滑槽11和导向滑条12设置，能够避免插接套筒1和滑动连杆3之间的相对转动，致使滚珠6在移动过程中发生偏移，无法滚入滚珠卡孔7内。
40.进一步，本实施例中，如图1至图7所示，滑动连杆3与牵引件连接的一端设有牵引孔10，牵引孔10可方便牵引件进行连接。
41.进一步，本实施例中，如图1至图7所示，插接套筒1远离连接套筒2的一端上设有第一限位盘8，第一限位盘8的直径大于连接套筒2的直径，可起到限位作用，避免插接套筒1从连接套筒2的开口脱落。滑动连杆3设有牵引孔10的一端设有第二限位盘9，第二限位盘9的直径大于插接套筒1的直径，作为优选地第二限位盘9和第一限位盘8的直径可相同。第二限位盘9设置的位置，可设置成当第二限位盘9和第一限位盘8贴合时，正好坡形槽5的坡底端对应着滚珠卡孔7，这样正好滚珠6进入坡形槽5的坡底端，保证滚珠6能够完全脱离滚珠卡孔7。
42.实施例2
43.本实施例提供了一种系泊系统，如图1至图7所示，包括安装船13、水下张紧器14、固定锚15以及实施例1中的快速接头。其中安装船13上设有收卷设备16，如绞车或卷扬机等。固定锚15用于固定在海底，连接套筒2固定连接在固定锚15上，优选地固定在固定锚15的一侧。固定锚15上设有连接环(未画出)，用于绑扎第一浮标17。牵引件为第一锚链18，第一锚链18需要提前和滑动连杆3固定连接。水下张紧器14包括外部框架和第二锚链19，外部框架的一端设有带槽滑轮20和第一孔眼22，外部框架的另一端设有止链装置21和第二孔眼23，止链装置21用于锁止第二锚链19。第一锚链18的一端连接于第一孔眼22上，第一锚链18的另一端与滑动连杆3的连接，若滑动连杆3上设有牵引孔10，则将第一锚链18连接在牵引孔10上。第二锚链19穿过第二孔眼23在带槽滑轮20的引导下转向，第二锚链19的一端与海上漂浮式风机27固定连接，第二锚链19的另一端用于与收卷设备16或第二浮标28连接。第一锚链18的两端可通过卸扣分别与牵引孔10、第一孔眼22连接。
44.系泊系统工作原理：
45.系泊过程：首先，海上漂浮式风机27就位前，安装船13开至固定锚15的预设位置附近，将第一浮标17通过缆绳26绑扎在固定锚15的连接环上，水下作业机器人25将固定锚15固定在海底的预设位置处，需使连接套筒2竖向设置；然后，水下作业机器人25下潜水底，海上漂浮式风机27就位后，将第二锚链19的一端与海上漂浮式风机27的浮式基础结构固定连接，将水下张紧器14缓慢释放于水中，将插接套筒1插入连接套筒2；然后，止链装置21解除对第二锚链19的锁止，收卷设备16收卷第二锚链19，使第一锚链18张紧，上拉滑动连杆3，坡形槽5的坡顶端将滚珠6压入滚珠卡孔7，并压紧连接套筒2的内壁，完成第一锚链18和固定锚15的连接；最后，解除收卷设备16和第二锚链19的绑扎，在第二锚链19上通过缆绳26绑扎第二浮标28，完成海上漂浮式风机27系泊。缆绳26可选合成纤维制作而成。
46.维修过程：首先，安装船13开至第一浮标17附近，水下作业机器人25下潜，找到固定锚15所在位置；然后，将滑动连杆3向下推动，当插接套筒1随着滑动连杆3下移移动到连接套筒2的底部时，滑动连杆3接着推动复位压簧4向下移动，复位压簧4被滑动连杆3挤压，此时滚珠6移动至坡形槽5的坡底端的位置，滚珠6不再与插接套筒1上的滚珠卡孔7露出；然后，将插接套筒1与滑动连杆3同时向外移动，完成系泊解除；最后，将海上漂浮式风机27带回至码头进行检修。
47.本实施例中，如图1至图7所示，安装船13上的水下作业机器人25通过牵引绳24牵拉。
48.本实施例中，如图1至图7所示，固定锚15为吸力锚、拖曳贯穿锚、法向承力锚或动力贯入锚。
49.本实施例中，如图1至图7所示，止链装置21包括止链臂、复位弹簧、操作臂、第一固定销和第二固定销，第一固定销和第二固定销间隔设置于导链孔侧的外部框架上，且第一固定销和第二固定销间形成的间隙供第二锚链19穿过；止链臂通过销轴安装于外部框架上，且销轴上安装有逆时针扭转的复位弹簧，使止链臂在常态下顶靠在第一固定销和第二固定销上，锁死第二锚链19；销轴上设有控制止链臂上转向的操作臂，使操作臂转动后，止链臂远离第一固定销和第二固定销，松开第二锚链19。
50.实施例3
51.本实施例提供了一种系泊方法，采用了实施例2中的系泊系统，包括以下步骤：
52.s1、海上漂浮式风机27就位前，安装船13开至固定锚15的预设位置附近，将第一浮标17绑扎在固定锚15的连接环上，将固定锚15固定在海底的预设位置，连接套筒2竖向设置；
53.s2、海上漂浮式风机27就位后，收卷设备16缓慢释放第二锚链19，使水下张紧器14缓慢浸入水中，水下作业机器人25将插接套筒1插入连接套筒2，收卷设备16收卷第二锚链19，张紧第一锚链18，上拉滑动连杆3，使滚珠6卡入滚珠卡孔7内，且滚珠6压紧在连接套筒2的内壁上，完成插接套筒1和连接套筒2的锁紧；
54.s3、解除收卷设备16和第二锚链19的连接，在第二锚链19上绑扎第二浮标28，方便后期维修时寻找，完成系泊。
55.本实施例中，如图1至图7所示，当海上漂浮式风机27需要回到码头进行检修时，将安装船13开到第一浮标17所在位置附近，通过水下作业机器人25找到固定锚15所在位置，将滑动连杆3向下推动，当插接套筒1随着滑动连杆3下移，移动到连接套筒2的底部时，滑动连杆3接着推动复位压簧4向下移动，复位压簧4被滑动连杆3挤压直到第一限位盘8与第二限位盘9贴合，此时滚珠6移动至坡形槽5的坡底端的位置，滚珠6不再与插接套筒1上的滚珠卡孔7露出，将插接套筒1与滑动连杆3同时向外移动，完成系泊解除，将海上漂浮式风机27带回至码头进行检修。
56.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。