[發明專利]一種基于小水線面減振裝置的浮式平臺運動抑制系統

有效

• 申請號: 201410273226.9
• 申請日: 2014-06-18
• 公開（公告）號: CN104085510A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 曾曉輝;張良;余楊;周濟福;劉青泉
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: B63B39/00
• 分類號: B63B39/00;F16F9/02;F16F15/023
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

技術領域

本發明涉及一種基于小水線面減振裝置的浮式平臺運動抑制系統。

背景技術

世界經濟迅猛發展，各國能源的需求也急劇增加。陸地和淺海石油資源儲備越來越少，其開采難度越來越大。石油開采重心已經移向深海，深海海域的自然環境及其惡劣，會出現風大、浪高、流急等情況。深海裝備的設計和開發將是未來幾十年工程科學領域的熱點。

深海開采和生產平臺，大多采用順應式浮式平臺，常見的浮式平臺有張力腿平臺、半潛式平臺和Spar平臺。張力腿平臺通過張力腿的預張力使平臺固定在海面上，張力腿的材料一般選用高強度優質鋼管。半潛式平臺和Spar平臺由沉箱或柱形主體提供浮力，通過錨鏈系統來固定位置。

在深海極端海洋環境下作業時，浮式平臺系泊系統中的應力可能會達到甚至超過其極限值，在波浪持續的交變作用下，還有可能會出現疲勞破壞。對于某些特定工況，平臺發生大幅振動時，可能導致張力腿和張緊的錨鏈發生松弛。當平臺受到的激振力頻率接近平臺固有頻率時，平臺會發生共振，這對平臺上人員的安全和設備的運行帶來隱患。因此，對平臺運動進行有效的抑制顯得尤為必要。

以張力腿平臺為例，如果平臺工作水深超過1500米，張力腿平臺建造成本中張力腿所占的比重將會大幅增加。常見波浪周期范圍一般為6-25秒，為了使平臺的自振周期避開常見的波浪周期，應將其限制在3-4秒的范圍之內，平臺的剛度需要得到維持，這就要求張力腿在較深的海域作業時必須具有較大的橫截面積。這將導致張力腿的建造成本急劇上升，張力腿的質量也會增大，這將不利于平臺運動的抑制。對于半潛式平臺和Spar平臺，考慮平臺的定位精度和耐波性，工作海域越深，錨鏈的數量要增多和尺寸要增大，這會帶來造價提高，運動性能惡化等問題。如果不采取有效措施來抑制深海浮式平臺的運動，只靠增加浮式平臺剛度或者系泊索數量和尺寸來實現減振，平臺的成本將會大幅上漲，甚至使平臺的建造不具備經濟可行性。

所以不管是從平臺的安全性還是工程造價方面來分析，對深海采油平臺進行整體運動抑制是極其必要的。

現有的平臺減振裝置(尤其是抑制垂蕩、橫搖、縱搖等垂向運動的裝置)有如下值得改進之處：1)會增大平臺結構的波浪載荷，這對于平臺的整體運動抑制有明顯不利影響。2)減振裝置的布置方式未考慮到減振裝置數量和布置方式等多種因素的相互影響，沒有對其布置方式進行優化分析；對于某些海況，減振裝置的數量和布置方式將較大地影響系統的減振效果。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于小水線面減振裝置的浮式平臺運動抑制系統，從而提高浮式平臺整體運動抑制效果。

本發明的一種基于小水線面減振裝置的浮式平臺運動抑制系統包括：一個以上的旋轉體，每個旋轉體的水平橫截面面積均設計為沿鉛垂方向可變，每個旋轉體均固定于平臺浮體結構上；每個旋轉體的上底面為封閉或者局部開孔通向外界，下底面敞開浸入外界液體并與其相通，旋轉體上部空間由氣體占據形成氣室，下部空間由外界液體占據形成液柱。

優選地，在水面附近所述旋轉體的橫截面面積小于其它區域，以便降低減振裝置所受水動力載荷。

優選地，所述減振裝置為單氣室減振裝置或多氣室減振裝置，所述多氣室的連通方式為串聯或并聯；所述多氣室減振裝置各個氣室之間設有小孔相通，通過改變小孔大小改變系統的阻尼特性。

優選地，所述減振裝置上部氣室內的氣體為空氣或其它單一成分氣體，或者為多種成分的混合氣體。

優選地，所述減振裝置可以按照實際需求布置在平臺任何位置上，可以布置在對角線上，或在浮體立柱的內側或外側，或布置在沉箱中線上，或在沉箱的內側或外側，以及其他任何有助于抑制平臺運動的位置上。

優選地，所述減振裝置布局為對稱布置或非對稱布置。

優選地，所述基于小水線面減振裝置的浮式平臺運動抑制系統適用于任何形式的浮式平臺。

本發明的基于小水線面減振裝置的浮式平臺運動抑制系統，具有以下優點：

(1)該裝置采用了小水線面設計，相對于傳統的減振裝置，其所受的波浪載荷減少90％以上，因此該裝置在工作時，不會增加明顯的附加波浪載荷，這樣才能更有效的對平臺結構進行減振。

(2)該系統可以在不明顯增加平臺質量的情況下，有效抑制平臺的運動。該減振裝置下部分的液柱與外界水體(海水)相連通，液柱與平臺的相對運動影響減振裝置中的空氣狀態，使氣體壓力發生變化；此外，上述相對運動還會消耗能量。氣體壓力的變化和平臺所受的載荷變化成異相，能量消耗會產生阻尼效果，從而實現對平臺主體運動進行抑制的目的。